Question

在做驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，某學(xué)生將實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲安裝，準(zhǔn)備接通電源后開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)．

①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種計(jì)時(shí)工具，應(yīng)該接

 

（填交流或直流）電源．
②圖中砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車(chē)和砝碼的總質(zhì)量為M．實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車(chē)?yán)�力的大小�?br />試驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車(chē)的拉力等于小車(chē)所受的合外力，先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行．接下來(lái)還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是：（選擇最優(yōu)的選項(xiàng)）
A．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車(chē)連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車(chē)在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng)，從打出的紙帶判斷小車(chē)是否做勻速運(yùn)動(dòng)．
B．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋�讓小�?chē)連著已經(jīng)穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推一下小車(chē)，從打出的紙帶判斷小車(chē)是否做勻速運(yùn)動(dòng)．
C．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋�撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推一下小車(chē)，觀察判斷小車(chē)是否做勻速運(yùn)動(dòng)．
D．當(dāng)改變小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，需要重新平衡摩擦力
③（2分）實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行質(zhì)量m和M的選取，才能認(rèn)為繩子的拉力約等于mg，以下最合理的一組是

 

．
A．M=100g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
B．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
C．M=200g，m=40g、50g、60g、80g、100g、120g
D．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
④圖乙 是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E為5個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出．量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為S_AB=4.22cm、S_BC=4.65cm、S_CD=5.08cm、S_DE=5.49cm．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作周期為T(mén)=0.02s，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下c點(diǎn)時(shí)的速度大小為：V_C=

 

m/s（結(jié)果保留2位有效數(shù)字），小車(chē)的加速度的符號(hào)表達(dá)式為：a=

 

 （用上面的符號(hào)表示）．
⑤在驗(yàn)證當(dāng)小車(chē)的質(zhì)量一定時(shí)，小車(chē)的加速度與合外力F的關(guān)系時(shí)，小華所在的實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖所示的a-F圖象，其原因可能是

 

；圖線的斜率代表的物理意義是：

 

．

Answer 1

分析：解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
該實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法研究，其中加速度、質(zhì)量、合力三者的測(cè)量很重要．
紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度和加速度．

解答：解：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種計(jì)時(shí)工具，應(yīng)該接交流電源．
②將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛沙和沙桶的情況下使小車(chē)恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，以使小車(chē)的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車(chē)的合力就是繩子的拉力．要判斷是否是勻速運(yùn)動(dòng)，我們可以從打出的紙帶相鄰的點(diǎn)的間距來(lái)判斷小車(chē)是否做勻速運(yùn)動(dòng)，
故選：B．
③當(dāng)m＜＜M時(shí)，即當(dāng)沙和沙桶的總重力要遠(yuǎn)小于小車(chē)的重力，繩子的拉力近似等于沙和沙桶的總重力．
故選：D．
④由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t=5T，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過(guò)程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點(diǎn)時(shí)小車(chē)的瞬時(shí)速度大小．
v_C=

xBD

tBD

=

0.0465+0.0508

0.2

=0.49m/s
設(shè)A到B之間的距離為x₁，以后各段分別為x₂、x₃、x₄，
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：x₃-x₁=2a₁T² 
x₄-x₂=2a₂T² 
為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對(duì)兩個(gè)加速度取平均值
得：a=

1

2

（a₁+a₂）
即小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度計(jì)算表達(dá)式為：a=

sCD+SDE-SAB-SBC

(10T)2

⑤在驗(yàn)證當(dāng)小車(chē)的質(zhì)量一定時(shí)，小車(chē)的加速度與合外力F的關(guān)系時(shí)，小華所在的實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了如圖所示的a-F圖象，
其原因可能是沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)斜面的傾角大小；
根據(jù)F=Ma得a=

F

M

所以圖線的斜率代表的物理意義是：小車(chē)總質(zhì)量的倒數(shù)

1

M

故答案為：①交流．②B  ③D  ④0.49m/s，a=

sCD+SDE-SAB-SBC

(10T)2

⑤沒(méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)斜面的傾角大小；小車(chē)總質(zhì)量的倒數(shù)

1

M

點(diǎn)評(píng)：實(shí)驗(yàn)問(wèn)題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決．實(shí)驗(yàn)中的第2題考查的是力學(xué)問(wèn)題，把長(zhǎng)木板的一端墊得過(guò)高，使得傾角偏大，會(huì)導(dǎo)致重力沿斜面向下的分力增大，摩擦力減小等現(xiàn)象，這些我們都要從學(xué)過(guò)的力學(xué)知識(shí)中解決．
紙帶的處理是運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)推論去完成的．