Question

3．在做“驗證牛頓第二定律”的實驗時（裝置如圖1所示）

（1）下列說法中正確的是BCDE
A．平衡摩擦力時，應(yīng)把裝砂的小桶通過定滑輪拴在小車上．
B．連接砂桶和小車的輕繩應(yīng)和長木板保持平行．
C．平衡摩擦力后，長木板和水平桌面的夾角不能變化．
D．小車應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車．
E、小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶和沙的質(zhì)量．
（2）在以上實驗中所使用的電源是50H_Z的交流電，某同學(xué)打好三條紙帶，選取其中最好的一條，其中一段如圖2所示．圖中A、B、C、D、E為計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點間有四個點未畫出．計算紙帶所對應(yīng)的C點小車的速度1.26m/s和小車的加速度a=3.51m/s²（本題結(jié)要求保留三位有效數(shù)字）
（3）利用上題裝置做“驗證牛頓第二定律”的實驗時，甲同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的小車的加速度a和小車所受拉力F的圖象為圖3所示中的直線Ⅰ，乙同學(xué)畫出的圖象為圖3中的直線Ⅱ．直線Ⅰ、Ⅱ在縱軸或橫軸上的截距較大．明顯超出了誤差范圍，下面給出了關(guān)于形成這種情況原因的四種解釋，其中正確的是BC
A．實驗前甲同學(xué)沒有平衡摩擦力
B．甲同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板的末端抬得過高了
C．實驗前乙同學(xué)沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足
D．乙同學(xué)在平衡摩擦力時，把長木板的末端抬得過高了．

Answer 1

分析 （1）在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，使得砂和小桶的重力等于小車的合力，需平衡摩擦力，平衡摩擦力時，不掛砂和小桶，小車后面需連接紙帶．連接沙桶和小車的輕繩應(yīng)和長木板保持平行，平衡摩擦力后，長木板與水平面夾角不能改變，小車應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車．
（2）紙帶實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度．
（3）“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗，運用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系．根據(jù)牛頓第二定律分析“將砝碼和盤的重力近似看作小車的牽引力”的條件．根據(jù)原理分析圖線不經(jīng)過原點的原因．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力時，不需掛砂和小桶，但小車后面必須與紙帶相連，因為運動過程中紙帶受到阻力．故A錯誤．
B、連接砂桶和小車的輕繩應(yīng)和長木板保持平行，使繩子的拉力等于小車受到的合力．故B正確．
C、平衡摩擦力后，長木板與水平面夾角不能改變，否則要重新平衡摩擦力．可知，長木板的位置不能移動，故C正確．
D、實驗前小車應(yīng)靠近打點計時器，實驗時應(yīng)先接通電源再釋放小車，否則紙帶上打不了幾個點．故D正確．
E、本實驗中為了減小誤差，應(yīng)讓小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小桶和沙的質(zhì)量．
故選：BCDE．
（2）電源頻率為50Hz，計數(shù)點間有4個點沒有標(biāo)出，計數(shù)點間的時間間隔為：
t=0.02×5=0.1s，
在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度大小等于該過程中的平均速度，C點的速度為：
v_C=$\frac{BD}{2t}$=$\frac{0.3160-0.0700}{2×0.1}$=1.26m/s；
根據(jù)逐差法有：
x₃-x₁=2a₁T²…①
x₄-x₂=2a₂T²…②
a=$\frac{{a}_{1}-{a}_{2}}{2}$…③
聯(lián)立①②③帶入數(shù)據(jù)解得：a=3.50m/s²．
（3）甲同學(xué)測量的圖線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉力為零時，加速度不為零，知平衡摩擦力過度，即長木板的末端抬得過高了．
乙同學(xué)測量的圖線發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉力不為零時，加速度仍然為零，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．故BC正確，AD錯誤．故選：BC．
故答案為：（1）BCDE；（2）1.26，3.51；（3）BC．

點評 對于基本儀器的使用和工作原理，我們不僅從理論上學(xué)習(xí)它，還要從實踐上去了解它，自己動手去做做，以加強基本儀器的了解和使用，要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習(xí)中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用．