Question

10．某實驗小組的同學在“驗證牛頓第二定律”實驗中，使用了如圖甲所示的實驗裝置．
（1）在下列測量工具中，本次實驗需要用的測量儀器有BD．（選填測量儀器前字母）
A．彈簧      B．刻度尺        C．秒表        D．天平
（2）實驗中，為了可以將細線對小車的拉力看成是小車所受的合外力，某同學先調節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項必須且正確的操作是B．（選填選項前的字母）
A．將長木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節(jié)砂和砂桶的總質量的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動
B．將長木板的右端墊起適當?shù)母叨�，讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推一下小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動
C．將長木板的右端墊起適當?shù)母叨龋�撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推一下小車，觀察判斷小車是否做勻速運動
（3）某同學在做保持小車質量不變，驗證小車的加速度與其合外力成正比的實驗時，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)作出如圖乙所示的a-F圖線，所得的圖線既不過原點，又不是直線，原因可能是AD．（選填選項前的字母）
A．木板右端所墊物體較低，使得木板的傾角偏小
B．木板右端所墊物體較高，使得木板的傾角偏大
C．小車質量遠大于砂和砂桶的質量
D．砂和砂桶的質量不滿足遠小于小車質量
（4）在某次利用上述已調好的裝置進行實驗時，保持砂和砂桶的總質量不變，小車自身的質量為M且保持不變，改變小車中砝碼的質量m，并測出小車中不同砝碼質量時所對應的加速度a，以m為橫坐標，$\frac{1}{a}$為縱坐標，在坐標紙上作出如圖丙所示的$\frac{1}{a}$-m關系圖線，實驗結果驗證了牛頓第二定律．如果圖中縱軸上的截距為b，則小車受到的拉力大小為$\frac{M}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗需要測量的量確定實驗器材；
（2）為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，要先平衡摩擦力；
（3）正確理解實驗原理，明確桶和砝碼的重力可以作為小車拉力的條件；在橫軸上有截距，說明當拉力大于0時物體的加速度等于0，即此時合力仍等于0，即沒有平衡摩擦力；圖象的彎曲是因為小車與沙子的質量不能遠小于小車的質量；
（4）由牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式，然后根據(jù)圖示圖象分析答題．

解答 解：（1）實驗中通過紙帶求解加速度，需要刻度尺測量點跡間的距離；要測量砂桶的質量，可知需要天平，不需要彈簧秤，打點計時器可以記錄時間，不需要秒表．故選：BD．
（2）小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，可以將長木板的一段墊高，撤去砂和砂桶，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動，故B正確；故選：B；
（3）由圖丙所示圖象可知，直線沒過原點，當a=0時，F(xiàn)＞0．也就是說當繩子上有拉力時小車沒有加速度，說明小車的摩擦力大于重力沿斜面向下的分力，實驗前沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，平衡摩擦力時，所墊木板太低．
從圖象上可以看出：F從0開始增加，砝碼和砝碼盤的質量遠小于車的質量，慢慢的砂的質量在增加，那么在后面砝碼和砝碼盤的質量就沒有遠小于車的質量呢，那么繩子的拉力與砝碼和砝碼盤的總重力就相差大．所以原因是砝碼和砝碼盤的質量沒有遠小于車的質量．故AD正確，BC錯誤，故選AD；
（4）根據(jù)題意，由牛頓第二定律得：F=（M+m）a，則$\frac{1}{a}=\frac{M}{F}+\frac{1}{F}m$，所以$\frac{1}{a}-m$圖象的截距：b=$\frac{M}{F}$，小車受到的拉力大小：F=$\frac{M}$．
故答案為：（1）BD；（2）B；（3）AD；（4）$\frac{M}$．

點評 本題考查了實驗器材、實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理；應用牛頓第二定律求出圖象的函數(shù)表達式是求出小車所受合力的關鍵，要掌握應用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)的方法．