Question

11．某同学在实验室用如图1所示的装置来研究牛顿第二定律和有关做功的问题．

（1）为了尽可能减少摩擦力的影响，计时器最好选用（填“电磁”或“电火花”）电火花式打点计时器，同时需要将长木板的右端垫高，直到在没有沙桶拖动下，小车拖动纸带穿过计时器时能匀速直线运动．
（2）在M＞＞m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力，在控制小车的质量M不变的情况下，可以探究加速度与合力的关系．
（3）在此实验中，该同学先接通计时器的电源，再放开纸带，如图2是在m=100g，M=1kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中三个相邻的计数点，它们到起点O的距离分别是h_OA=42.05cm，h_OB=51.55cm，h_OC=62.00cm，相邻的计数点之间有四个点没有标出，则小车的加速度为a=0.95m/s²，打B点时小车的速度为V_B=1.0 m/s（结果保留2位有效数字，电源频率为50Hz）．

Answer 1

分析 （1）根据两种计时器的特点与该实验的原理解答即可；
（2）根据对实验误差的分析与要求解答即可；
（3）根据匀变速直线运动的推论△x=aT²求解加速度，根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度求解B点速度．

解答 解：（1）两种计时器比较，打点计时器的限位孔对纸带的摩擦力比较大，所以要选择电火花计时器；要平衡摩擦力，需要将长木板的右端垫高，在没有沙桶拖动下，轻推一下小车，使小车能拖动穿过打点计时器的纸带做匀速直线运动即可；
（2）根据实验误差的来源，在 M＞＞m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力；根据控制变量法的要求，在控制小车的质量M不变的情况下，可以探究加速度与合力的关系．
（3）由题意可知：x₁=（51.55-42.05）cm=9.5cm，x₂=（62.00-51.55）cm=10.45cm，计数点之间时间间隔为T=0.1s．
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，
得：小车加速度为a=$\frac{0.1045-0.095}{0.01}$=0.95m/s²，
根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度有：
v_B=$\frac{0.1045+0.095}{2×0.1}$=1.0m/s
故答案为：
（1）电火花； 匀速直线运动
（2）M＞＞m；   小车的质量M
（3）0.95；   1.0

点评 解决实验问题的关键是明确实验原理，同时熟练应用基本物理规律解决实验问题，要明白公式的△x=aT²的推导和应用，知道为什么沙和沙桶的总质量远小于小车的质量时沙和沙桶的重力可以认为等于小车的拉力，对于基本知识规律不但明白是什么还要知道为什么．