Question

7．小華所在的實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究牛頓第二定律，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率f=50Hz，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g．
（1）在實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行平衡摩擦力，其步驟如下：取下細(xì)線和砂桶，把木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高并反復(fù)調(diào)節(jié)，直到輕推小車(chē)，小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)
（2）圖（乙）是小華同學(xué)在正確操作下獲得的一條紙帶，其中A、B、C、D、E每?jī)牲c(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出．若s₁=2.02cm，s₂=4.00cm，s₃=6.01cm，則B點(diǎn)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(chē)加速度a與小車(chē)質(zhì)量M的關(guān)系中，某次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)如表所示．根據(jù)這些數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖丙中描點(diǎn)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(jì)算結(jié)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(shí)驗(yàn)中根據(jù)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)畫(huà)出a-F關(guān)系圖線如圖丁所示．
①分析此圖線的OA段可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是在小車(chē)質(zhì)量不變時(shí)小車(chē)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(chē)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(zhì)量太大                           D．所用小車(chē)的質(zhì)量太大．

Answer 1

分析 （1）平衡摩擦力的目的是用小車(chē)沿斜面向下的重力分力與摩擦力平衡，必須讓小車(chē)帶動(dòng)紙帶勻速下滑．
（2）紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)B點(diǎn)的瞬時(shí)速度．
（3）根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描出對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后根據(jù)描出的點(diǎn)作出圖象，然后根據(jù)圖象特點(diǎn)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論．
（4）當(dāng)砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車(chē)的質(zhì)量時(shí)，砂桶重力代替繩子拉力，加速度與拉力成正比．隨著砂桶質(zhì)量增大，破壞了這個(gè)條件，實(shí)際拉力比砂桶重力小得多，桶實(shí)際的加速度比理論值小得多，圖線向下彎曲．實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力，所以當(dāng)拉力F達(dá)到一定值后，小車(chē)才產(chǎn)生加速度．

解答 解：（1）在實(shí)驗(yàn)前必須進(jìn)行平衡摩擦力，其步驟如下：取下細(xì)線和砂桶，把木板不帶滑輪的一端適當(dāng)墊高并反復(fù)調(diào)節(jié)，直到輕推小車(chē)，使小車(chē)恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣小車(chē)所受的摩擦力與小車(chē)沿斜面向下的重力的分力平衡．
（2）每?jī)捎?jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒(méi)有標(biāo)出，計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為：t=0.02×5=0.1s，
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論可知：B點(diǎn)的瞬時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后根據(jù)描出的點(diǎn)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(chē)質(zhì)量不變時(shí)a-F圖象是過(guò)原點(diǎn)的直線，即a與F成正比，由此可知：在質(zhì)量不變時(shí)加速度與力成正比；
②當(dāng)砂與砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量時(shí)可以近似認(rèn)為小車(chē)所受拉力等于砂與砂桶的重力，當(dāng)不滿足此條件時(shí)，小車(chē)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(chē)質(zhì)量不變時(shí)小車(chē)的加速度與力成正比． ②C．

點(diǎn)評(píng) 本題考查探究牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，要注意明確實(shí)驗(yàn)原理，掌握實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，并掌握應(yīng)用圖象法分析問(wèn)題的基本方法；同時(shí)能分析實(shí)驗(yàn)誤差．