Question

下面是探究牛頓第二定律實驗的有關問題
（1）實驗應該按一定步驟進行，以下5個步驟合理的順序是

 

．
A．用天平測出小車和重物的質量
B．平衡摩擦力，使小車近似做勻速直線運動
C．保持小車質量不變，改變重物的質量，測出加速度，重復幾次．
D．掛上重物，接通打點計時器的電源，放開小車，在紙帶上打下一系列的點．
E．根據測量的數據，畫出α-F的圖線．
（2）某次實驗描出的α-F的圖線如圖1所示，對該次實驗分析正確的是

 

A．平衡摩擦力木板傾角過大，重物質量與小車質量相差較大
B．平衡摩擦力木板傾角過小，重物質量與小車質量相差較小
C．平衡摩擦力木板傾角過大，重物質量與小車質量相差較小
D．平衡摩擦力木板傾角過小，重物質量與小車質量相差較大
（3）如圖2為用刻度尺測量某一紙帶的情況，相鄰計數點之間還有4個計時點未畫出，電源頻率為50Hz．由圖可求得加速度的大小a=

 

m/s²（保留3位有效數字）．

Answer 1

分析：在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為了使小車受到合外力等于小砂桶和砂的總重量，通常采用如下兩個措施：①平衡摩擦力：將長木板無滑輪的一端下面墊一小木塊，反復移動木塊的位置，直到小車在無拉力的作用下帶動紙帶與小車一起做勻速直線運動；②調整砂的多少，使砂和小砂桶的總質量m遠小于小車和砝碼的總質量M．根據連續相等時間內位移之差是一恒量，△x=aT²，求出加速度．

解答：解：（1）根據實驗原理要讓重物的重力等于小車所受的合外力，故要先對小車平衡摩擦力-----B，
然后畫a-F 和 a-

1

M

的圖線時要知道合外力F的值，即重物的重力，和小車的質量，故要測量出小車和重物的質量-----A，
之后利用紙帶和打點計時器測量出小車的加速度a的值，用控制變量法，分別多測幾組數據-----DC，
根據測量的數據，畫出α-F的圖線-----E．
故順序為：BADCE．
（2）由圖象可知：圖線不通過坐標原點，F不為零時，加速度仍為零，知沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，即平衡摩擦力時長木板傾角過�。�
沙和沙桶質量過大，不能遠小于小車質量，小車加速度與力不成正比，a-F圖象不是直線，a-F圖象向下彎曲．
即平衡摩擦力木板傾角過小，重物質量與小車質量相差較�。�即B正確、ACD錯誤．
故選：B
（3）打點計時器是使用交流電源的計時儀器，當電源的頻率為50Hz時，它每隔0.02s打一次點．
因為每相鄰兩計數點間還有4個打點，所以相鄰的計數點之間的時間間隔為0.1s
勻變速直線運動中連續相等時間內的位移差為常數即△x=aT²，則有：
a=

xCD-xAC

4T2

=

0.49-0.1750-0.1750

4×0.01

m/s2=3.5m/s²．
故答案為：（1）BADCE；（2）B；（3）3.5m/s²．

點評：解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數據處理以及注意事項，其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應當清楚．