Question

16．如图（a）为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图．盘和重物的总质量为m，小车和砝码的总质量为M．实验中用盘和重物总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．

（1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端定滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是B（填写所选选项的序号）．
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在盘和重物的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
B．将长木板的右端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去盘和重物，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
C．将长木板的右端垫起适当的高度，撤去纸带以及盘和重物，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动．
D．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，使小车在盘砝码的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
（2）本装置中要用到打点计时器，图（b）为实验室常用的一种计时器，其中电源电压要求是220V交流电．
（3）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是C．
A．M=20g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B．M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D．M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
（4）图（c）是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，量出相邻的计数点之间的距离分别为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆．已知相邻的计数点之间的时间间隔为T，关于小车的加速度a的计算方法，产生误差较小的算法是D．

A．$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$      B．$\frac{（{x}_{2}-{x}_{1}）+（{x}_{3}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{4}）+（{x}_{6}-{x}_{5}）}{5{T}^{2}}$
C．$\frac{{x}_{6}-{x}_{1}}{5{T}^{2}}$         D．$\frac{（{x}_{6}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，要先平衡摩擦力；
（2）电火花打点计时器使用220V交流电源；
（3）实验中要进行质量m和M的选取，需要满足的条件是：m＜＜M．
（4）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小．

解答 解：（1）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力，可以将长木板的一段垫高，撤去砂和砂桶，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，故B正确；故选：B；
（2）由图（b）所示可知，打点计时器为电火花打点计时器，电火花打点计时器使用220V交流电源；
（3）重物加速下滑，处于失重状态，其对细线的拉力小于重力，设拉力为T，根据牛顿第二定律得：
对系统：mg=（M+m）a，对小车：T=Ma，解得：T=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，只有当M＞＞m时，T≈mg，由各选项数据可知，C符合要求，故选：C；
（4）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²，结合作差法得：a=$\frac{（{x}_{6}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$，故D正确，故选：D
故答案为：（1）B；（2）220V交流电；（3）C；（4）D．

点评 要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，只要真正掌握了实验原理就能顺利解决此类实验题目，而实验步骤，实验数据的处理都与实验原理有关，故要加强对实验原理的学习和掌握．