Question

18．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图1所示的实验装置，小车及车中砝码的质量用M表示，钩码的总质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出．

（1）以下措施正确的是BC．
A．平衡摩擦力时，应将钩码用细绳通过定滑轮系在小车上
B．本实验M应远大于m
C．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
D．实验时，先放开小车，后接通电源
（2）如图2，甲同学根据测量数据作出的a-F图线，说明实验存在的问题是平衡摩擦过度．
（3）图3为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=1.0 m/s²．（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 （1）在“验证牛顿第二定律”的实验中，通过控制变量法，先控制m一定，验证a与F成正比，再控制F一定，验证a与m成反比；实验中用勾码的重力代替小车的合力，故要通过将长木板左端垫高来平衡摩擦力和使小车质量远大于小盘（包括盘中的砝码）质量来减小实验的误差！实验时先接通电源后释放纸带．
（2）图中没有拉力时就产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大．
（3）根据纸带数据，由△x=at²可求小车的加速度；

解答 解：（1）A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，是小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动．故B错误．
B、以整体为研究对象，根据牛顿第二定律有：
mg=（m+M）a
解得：a=$\frac{mg}{m+M}$，
以M为研究对象，得绳子的拉力为：F=Ma=$\frac{Mmg}{m+M}$显然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力．故B正确；
C、每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力．故C正确．
D、实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理．故D错误．
故选：BC
（2）图中没有拉力时就产生了加速度，说明平衡摩擦力时木板倾角过大或平衡摩擦力过度．
（3）计数点间的时间间隔为：t=0.02s×5=0.1s，
由△x=at²可得：小车的加速度为：a=$\frac{{x}_{CE}^{\;}-{x}_{AC}^{\;}}{4{t}_{\;}^{2}}$═$\frac{21.60cm-8.79cm-8.79cm}{4×（0.1s）_{\;}^{2}}$=100$cm/{s}_{\;}^{2}$=1.0m/s²．
故答案为：（1）BC；（2）平衡摩擦力过度；（3）1.0

点评 对于实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去理解．对牛顿第二定律实验中关键明确平衡摩擦力的原因和要求满足砝码总质量远小于小车质量的理由．