题目内容

7．小华所在的实验小组利用如图所示的实验装置探究牛顿第二定律，打点计时器使用的交流电频率f=50Hz，当地的重力加速度为g．
（1）在实验前必须进行平衡摩擦力，其步骤如下：取下细线和砂桶，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，小车做匀速直线运动
（2）图（乙）是小华同学在正确操作下获得的一条纸带，其中A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出．若s1=2.02cm，s2=4.00cm，s3=6.01cm，则B点的速度为：vB=0.301m/s（保留三位有效数字）．

（3）在平衡好摩擦力的情况下，探究小车加速度a与小车质量M的关系中，某次实验测得的数据如表所示．根据这些数据在坐标图丙中描点并作出$a-\frac{1}{M}$图线．从$a-\frac{1}{M}$图线求得合外力大小为0.30N（计算结果保留两位有效数字）．
a/m•s-21.21.10.60.40.3
$\frac{1}{M}$/kg-14.03.62.01.41.0

（4）如果在某次实验中根据测得的多组数据画出a-F关系图线如图丁所示．
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是在小车质量不变时小车的加速度与力成正比．
②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是
A．小车与轨道之间存在摩擦                              B．轨道保持了水平状态
C．所挂砂及砂桶的总质量太大                           D．所用小车的质量太大．

分析 （1）平衡摩擦力的目的是用小车沿斜面向下的重力分力与摩擦力平衡，必须让小车带动纸带匀速下滑．
（2）纸带法实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动B点的瞬时速度．
（3）根据表中实验数据在坐标纸上描出对应的点，然后根据描出的点作出图象，然后根据图象特点得出实验结论．
（4）当砂和砂桶的质量远小于车的质量时，砂桶重力代替绳子拉力，加速度与拉力成正比．随着砂桶质量增大，破坏了这个条件，实际拉力比砂桶重力小得多，桶实际的加速度比理论值小得多，图线向下弯曲．实验前没有平衡摩擦力，所以当拉力F达到一定值后，小车才产生加速度．

解答 解：（1）在实验前必须进行平衡摩擦力，其步骤如下：取下细线和砂桶，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，使小车恰好做匀速直线运动，这样小车所受的摩擦力与小车沿斜面向下的重力的分力平衡．
（2）每两计数点之间还有4个点没有标出，计数点间的时间间隔为：t=0.02×5=0.1s，
利用匀变速直线运动的推论可知：B点的瞬时速度等于AC间的平均速度，则有：vB=$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{2t}$=$\frac{0.0202+0.0400}{2×0.1}$=0.301m/s；
（3）根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后根据描出的点作出图象，图象如图所示：
由牛顿第二定律得：a=$\frac{1}{M}$F，由图示图象可知，合力为：F合=k=$\frac{1.2-0}{4}$N=0.30N；
（4）①由图示a-F图象的OA段可知，在小车质量不变时a-F图象是过原点的直线，即a与F成正比，由此可知：在质量不变时加速度与力成正比；
②当砂与砂桶质量远小于小车质量时可以近似认为小车所受拉力等于砂与砂桶的重力，当不满足此条件时，小车所受的拉力明显小于砂与砂桶的重力，a-F图象发生弯曲，故选C；
故答案为：（1）匀速直线；（2）0.301；（3）图象如图所示；0.30；（4）①在小车质量不变时小车的加速度与力成正比． ②C．

点评 本题考查探究牛顿第二定律的实验，要注意明确实验原理，掌握实验中的注意事项，并掌握应用图象法分析问题的基本方法；同时能分析实验误差．

练习册系列答案
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