Question

19．用如图1所示的实验装置来验证牛顿第二定律．

①为消除摩擦力的影响，实验前平衡摩擦力的具体操作为：取下沙桶，把木板不带滑轮的一端适当垫高并反复调节，直到轻推小车后，小车能沿木板做匀速直线运动．
②在实验过程，某次打出纸带如图2，相邻计数点A、B、C、D、E之间还有4个点未画出，该纸带对应的加速度为：0.60 m/s² （保留两位有效数字）；
③某次实验测得的数据如下表所示．根据这些数据在图3坐标图中描点并作出a-$\frac{1}{m}$图线．从a-$\frac{1}{m}$图线求得合外力大小为0.30N（保留两位有效数字）．

$\frac{1}{m}$/kg-1	a/m•s2
4.0	1.2
3.6	1.1
2.0	0.6
1.4	0.4
1.0	0.3

Answer 1

分析 （1）明确实验原理，了解具体操作步骤的含义，尤其是实验中如何进行平衡摩擦力的操作；
（2）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小；
（3）由F=ma可知，在a-$\frac{1}{m}$图象中，图象的斜率表示物体所受合外力的大小．

解答 解：①将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂砂桶的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是绳子的拉力，这样便平衡了摩擦力．
②根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=$\frac{（{s}_{3}-{s}_{1}）+（{s}_{4}-{s}_{2}）}{4{T}^{2}}$=$\frac{{{x}_{CE}-x}_{AC}}{{4T}^{2}}$=$\frac{（2.41+3.03-1.21-1.83）×1{0}^{-2}}{4×0．{1}^{2}}$=0.60m/s²．
③用描点法画出图象如下所示：

由F=ma可知，在a-$\frac{1}{m}$图象中，图象的斜率表示物体所受合外力的大小，有图象可知其斜率为k=F=$\frac{1.0-0}{4-0}$=0.3N，故所受合外力大小为0.3N（0.28～0.32均可）．
故答案为：①沙桶；②0.60；③0.30

点评 在解决实验问题时，一定先要通过分析题意找出实验的原理，通过原理即可分析实验中的方法及误差分析，同时也加深了对具体实验操作步骤的理解．