Question

2．實驗室給同學(xué)們提供了如下實驗器材：滑輪小車、小木塊、長木板、秒表、砝碼、彈簧秤、直尺，要求同學(xué)們用它們來粗略難證牛頓第二定律．

（1）某同學(xué)的做法是：將長木板的一端放在小木塊上構(gòu)成一斜面，用小木塊改變斜面的傾角，保持滑輪小車的質(zhì)量不變，讓小車沿不同傾角的斜面由頂端無初速釋放，用秒表記錄小車滑到底端的時間．試回答下列問題：
①改變斜面傾角的目的是改變小車所受的合外力；
②用秒表記錄小車下滑相同距離（從斜面頂端到底端）所花的時間，而不是記錄下滑相同時間所對應(yīng)的下滑距離，這樣做的好處是記錄更準(zhǔn)確．
（2）如果要較準(zhǔn)確地驗證牛頓第二定律，則需利用打點計時器來記錄滑輪小車的運動情況．某同學(xué)得到一條用打點計時器打下的紙帶，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7個計數(shù)點（圖3中每相鄰兩個記數(shù)點間還有四個打點記時器打下的點未畫出），打點計時器接的是50Hz的低壓交流電源．他將一把毫米刻度尺放在紙上，其零刻度和記數(shù)點O對齊．
①由圖2可計算出打點計時器在打A、B、C、D、E各點時物體的速度，其中打E點的速度v_E=0.233m/s（取三位有效數(shù)字）
②由圖3求得A、B、C、D四點的瞬時速度以及求得的E點速度，在圖2所給的坐標(biāo)中，作出v-t圖象．要求標(biāo)明坐標(biāo)及其單位，坐標(biāo)的標(biāo)度值（即以多少小格為一個單位）大小要取得合適，使作圖和讀數(shù)方便，并盡量充分利用坐標(biāo)紙．從圖象中求得物體的加速度a=0.42m/s²（取兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 驗證牛頓第二定律實驗需要應(yīng)用控制變量法，改變木板的傾角可以改變小車受到的合力；用秒表記錄小車在相同位移內(nèi)的運動時間便于實驗操作；做勻變速運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度；根據(jù)v-t圖象的斜率求出小車的加速度．

解答 解：（1）①改變斜面傾角可以改變小車所受到的合外力．
②用停表記錄小車下滑相同距離（從斜面頂端到底端）所經(jīng)歷的時間，便于實驗操作，較難記錄下滑相同時間所對應(yīng)的下滑距離，所以這樣做的好處是記錄更準(zhǔn)確；
（2）計數(shù)點間的時間間隔t=0.02s×5=0.1s；打E點時的速度${v}_{E}=\frac{{x}_{DF}}{2t}=\frac{0.094-0.0475}{0.2}=0.233m/s$，
同理A點速度${v}_{A}=\frac{{x}_{OB}}{2t}=\frac{0.0155}{0.2}=0.0775m/s$，B點速度${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2t}=\frac{0.0294-0.0054}{0.2}=0.120m/s$，
C點速度${v}_{C}=\frac{{x}_{BD}}{2t}=\frac{0.0475-0.0154}{0.2}=0.1605m/s$，D點速度${v}_{D}=\frac{{x}_{CE}}{2t}=\frac{0.070-0.0294}{0.2}=0.0203m/s$
根據(jù)描點法做出v-t圖象，如圖所示：

根據(jù)圖象的斜率得出小車的加速度a=$\frac{△v}{△t}=\frac{0.23-0038}{0.46}=0.42m/{s}^{2}$
故答案為：（1）①改變小車所受的合外力；
②記錄更準(zhǔn)確；
（2）①0.233；
②0.42

點評 本題考查對刻度尺的規(guī)范讀數(shù)以及包括圖象法在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)處理方法的掌握情況，考查學(xué)生的實驗設(shè)計以及對已有的實驗設(shè)計的理解能力與水平以及實驗探究能力，知道用平均速度代替瞬時速度，難度適中．