Question

18．某物理兴趣小组在一次探究活动中，要探究加速度与合力之间的关系．实验装置如图甲所示，先把长木板固定在水平桌面上，右端装有定滑轮；木板上有一滑块，其左端与穿过打点计时器的纸带相连，右端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接．打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz．开始实验时，在托盘中放入适量砝码，放手后滑块开始做匀加速直线运动，在纸带上打出一系列点．

（1）为使托盘与砝码的重力大小等于滑块所受合力，实验之前首先应做的是平衡摩擦力．
（2）图乙是正确操作后，所得出的一条纸带的一部分．0、1、2、3、4、5、6是计数点，每相邻两计数点间还有4个点（图中未标出），用刻度尺测量出计数点间的距离如图乙所示．根据图中数据计算打计数点1时，滑块的速度为0.220m/s，滑块的加速度是0.400m/s²．（保留三位有效数字）

Answer 1

分析 为使绳子拉力为合力，应先平衡摩擦力，绳子拉力近似等于沙和沙桶的重力，应满足沙和沙桶总质量远小于滑块的质量，
纸带实验中，若纸带匀变速直线运动，测得纸带上的点间距，利用匀变速直线运动的推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度．

解答 解：（1）根据牛顿第二定律可知当沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量时，绳子拉力才近似等于沙和沙桶的重力，所以沙和沙桶应满足的实验条件是沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，由受力分析可知，为保证细线拉力为木块的合外力，首先要做的是平衡摩擦力．
（2）每相邻两计数点间还有4个打出的点，所以T=0.1s，
则打第1个计数点时滑块的速度v₁=$\frac{{x}_{02}}{2T}$=$\frac{2.00+2.40}{2×0.1}×1{0}^{-2}$ m/s=0.220 m/s，
根据△x=aT²，有滑块的加速度a=$\frac{{x}_{36}-{x}_{03}}{9{T}^{2}}$；
代入数据，解得a=$\frac{3.19+3.61+4.01-（2.00+2.40+2.81）}{9×0．{1}^{2}}$×10^-2=0.400m/s²．
故答案为：（1）平衡摩擦力；（2）0.220，0.400．

点评 明确实验原理是解决实验问题的关键，本实验的关键是两个问题，一个是怎样才能使滑块受到的合力是绳子的拉力，再一个是怎样才能使绳子拉力近似等于小桶的重力；
对于实验器材的选取一是根据实验目的进行，二是要进行动手实验，体会每种器材的作用，记住匀变速直线运动的推论公式△x=aT²，会用该公式求解加速度，基础题．