Question

（2008?廣州一模）用如圖（甲）所示的實驗裝置來驗證牛頓第二定律，為消除摩擦力的影響，實驗前必須平衡摩擦力．
（1）某同學平衡摩擦力時是這樣操作的：將小車靜止地放在水平長木板上，把木板不帶滑輪的一端慢慢墊高，如圖（乙），直到小車由靜止開始沿木板向下滑動為止．請問這位同學的操作是否正確？如果不正確，應當如何進行？答：

該同學的操作不正確，正確的操作應該為給小車一個初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑

．
（2）如果這位同學先如（1）中的操作，然后不斷改變對小車的拉力F，他得到M（小車質量）保持不變情況下的a-F圖線是圖中的

C

（將選項代號的字母填在橫線上）．

（3）打點計時器使用的交流電頻率f=50Hz．下圖是某同學在正確操作下獲得的一條紙帶，A、B、C、D、E每兩點之間還有4個點沒有標出．寫出用s₁、s₂、s₃、s₄以及f來表示小車加速度的計算式：a=

(s3+s4-s2-s1)f2

100

．根據紙帶所提供的數據，算得小車的加速度大小為

0.60

m/s²（結果保留兩位有效數字）．

Answer 1

分析：（1）小車由靜止下滑，說明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過度，當小車帶動紙帶勻速下滑時說明平衡摩擦力；
（2）正確的a-F圖象應該是過原點的直線，由于平衡摩擦力過度，因此圖象在縱軸上有截距，
（3）根據勻變速直線運動的特點，利用逐差法可以求出其加速度的大小．

解答：解：（1）小車由靜止下滑，說明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡過度，所以該同學的操作不正確，正確的操作應該為給小車一個初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑．
故答案為：該同學的操作不正確，正確的操作應該為給小車一個初速度，小車能夠帶動紙帶勻速下滑．
（2）如果這位同學先如（1）中的操作，導致平衡摩擦力過度，因此當小車上還沒有掛砂和砂桶時，小車應該就已經有加速度了，故圖象ABD錯誤，C正確．
故選C．
（3）由題意可知兩計數點只覺得時間間隔為：△T=

5

f

=0.1s，根據勻變速直線運動推論有：
s3-s1=2a1T2
s4-s2=2a2T2
a=

a1+a2

2

即：a=

(s4+s3-s2-s1)f2

100

帶入數據解得：a=0.60m/s²
故答案為：a=

(s4+s3-s2-s1)f2

100

，0.60m/s²．

點評：在“驗證牛頓第二定律”的實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質量遠大于鉤碼質量的雙重條件下，才能用鉤碼重力代替小車所受的合力，同時加強基礎物理知識在實驗中的應用，加強解決實驗問題的能力．