Question

7．小華所在的實驗小組利用如圖所示的實驗裝置探究牛頓第二定律，打點計時器使用的交流電頻率f=50Hz，當?shù)氐闹亓�加速度為g．
（1）在實驗前必須進行平衡摩擦力，其步驟如下：取下細線和砂桶，把木板不帶滑輪的一端適當墊高并反復調節(jié)，直到輕推小車，小車做勻速直線運動
（2）圖（乙）是小華同學在正確操作下獲得的一條紙帶，其中A、B、C、D、E每兩點之間還有4個點沒有標出．若s₁=2.02cm，s₂=4.00cm，s₃=6.01cm，則B點的速度為：v_B=0.301m/s（保留三位有效數(shù)字）．

（3）在平衡好摩擦力的情況下，探究小車加速度a與小車質量M的關系中，某次實驗測得的數(shù)據(jù)如表所示．根據(jù)這些數(shù)據(jù)在坐標圖丙中描點并作出$a-\frac{1}{M}$圖線．從$a-\frac{1}{M}$圖線求得合外力大小為0.30N（計算結果保留兩位有效數(shù)字）．

a/m•s-2	1.2	1.1	0.6	0.4	0.3
$\frac{1}{M}$/kg-1	4.0	3.6	2.0	1.4	1.0

（4）如果在某次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a-F關系圖線如圖丁所示．
①分析此圖線的OA段可得出的實驗結論是在小車質量不變時小車的加速度與力成正比．
②此圖線的AB段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是
A．小車與軌道之間存在摩擦                              B．軌道保持了水平狀態(tài)
C．所掛砂及砂桶的總質量太大                           D．所用小車的質量太大．

Answer 1

分析 （1）平衡摩擦力的目的是用小車沿斜面向下的重力分力與摩擦力平衡，必須讓小車帶動紙帶勻速下滑．
（2）紙帶法實驗中，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B點的瞬時速度．
（3）根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上描出對應的點，然后根據(jù)描出的點作出圖象，然后根據(jù)圖象特點得出實驗結論．
（4）當砂和砂桶的質量遠小于車的質量時，砂桶重力代替繩子拉力，加速度與拉力成正比．隨著砂桶質量增大，破壞了這個條件，實際拉力比砂桶重力小得多，桶實際的加速度比理論值小得多，圖線向下彎曲．實驗前沒有平衡摩擦力，所以當拉力F達到一定值后，小車才產生加速度．

解答 解：（1）在實驗前必須進行平衡摩擦力，其步驟如下：取下細線和砂桶，把木板不帶滑輪的一端適當墊高并反復調節(jié)，直到輕推小車，使小車恰好做勻速直線運動，這樣小車所受的摩擦力與小車沿斜面向下的重力的分力平衡．
（2）每兩計數(shù)點之間還有4個點沒有標出，計數(shù)點間的時間間隔為：t=0.02×5=0.1s，
利用勻變速直線運動的推論可知：B點的瞬時速度等于AC間的平均速度，則有：v_B=$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{2t}$=$\frac{0.0202+0.0400}{2×0.1}$=0.301m/s；
（3）根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標系內描出對應點，然后根據(jù)描出的點作出圖象，圖象如圖所示：
由牛頓第二定律得：a=$\frac{1}{M}$F，由圖示圖象可知，合力為：F_合=k=$\frac{1.2-0}{4}$N=0.30N；
（4）①由圖示a-F圖象的OA段可知，在小車質量不變時a-F圖象是過原點的直線，即a與F成正比，由此可知：在質量不變時加速度與力成正比；
②當砂與砂桶質量遠小于小車質量時可以近似認為小車所受拉力等于砂與砂桶的重力，當不滿足此條件時，小車所受的拉力明顯小于砂與砂桶的重力，a-F圖象發(fā)生彎曲，故選C；
故答案為：（1）勻速直線；（2）0.301；（3）圖象如圖所示；0.30；（4）①在小車質量不變時小車的加速度與力成正比． ②C．

點評 本題考查探究牛頓第二定律的實驗，要注意明確實驗原理，掌握實驗中的注意事項，并掌握應用圖象法分析問題的基本方法；同時能分析實驗誤差．