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    3．如图甲为“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．
    （2）实验中得到的一条纸带如图乙所示，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，则小车的加速度a=$\frac{（{x}_{6}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$（用题中所给字母表示）．
    （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）该实验小组以测得的加速度a为纵轴，盘和重物的总重力F为横轴，作出的图象如图丙中图线1所示，发现图象不过原点，怀疑在测量力时不准确，他们将实验进行了改装，将一个力传感器安装在小车上，直接测量细线拉小车的力F′，作a-F′图如图丙中图线2所示，则图象不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，对于图象上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，其原因是钩码的质量未远小于小车的质量．

    分析 （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，则应平衡摩擦力；
    （2）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；
    （3）当沙和沙桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，即m＜＜M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于沙和沙桶的重力；
    （4）根据F不等于零，加速度仍然为零，分析图象不过原点的原因．

    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）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2，结合作差法得：
    a=$\frac{（{x}_{6}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$；
    （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，有
    对重物，有 mg-T=ma
    对小车，有 T=Ma
    解得：T=$\frac{M}{M+m}$g，故当M＞＞m时，有T≈mg
    故C符合要求
    故选：C
    （4）由图线可知，F不等于零时，a仍然为零，可知图线不过原点的原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足．
    力传感器可以直接得出绳子拉力的大小，用钩码的重力表示绳子的拉力，必须满足钩码的质量远小于小车的质量，否则绳子的拉力实际上小于钩码的重力．所以对于图线上相同的力，用传感器测得的加速度偏大，原因是钩码的质量未远小于小车的质量．
    故答案为：（1）B；（2）$\frac{（{x}_{6}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$；（3）C；（4）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，钩码的质量未远小于小车的质量

    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．

    练习册系列答案
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    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：多选题

    13．如图所示，M、N是竖直放置的两平行金属板，分别带等量异种电荷，两极板间产生一个水平向右的匀强电场，场强为E，一质量为m、电量为+q的微粒，以初速度v0竖直向上从两极正中间的A点射入匀强电场中，微粒垂直打到N极板上的C点，已知AB=BC．不计空气阻力，则可知（　　）
    A．MN板间的电势差为$\frac{2m{{v}_{0}}^{2}}{q}$
    B．MN板间的电势差为$\frac{E{{v}_{0}}^{2}}{（2g）}$
    C．微粒在电场中作抛物线运动
    D．微粒打到C点时的速率与射入电场时的速率相等

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    14．如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第一象限中某一矩形区域（图中未画出）内存在着垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B；第二象限内存在沿x轴正方向的匀强电场．一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从x轴负半轴x=-$\sqrt{3}$L处的M点以初速度v0垂直于x轴射入电场，经y轴上y=2L处的P点进入磁场，最后以垂直于x轴的方向从N点（图中未画出）射出磁场，不计粒子重力，求：
    （l）电场强度E的大小．
    （2）矩形磁场的最小面积S．
    （3）粒子从进入电场到离开磁场所经历的总时间t．

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    11．某小型实验水电站输出功率是20kW，输电线路总电阻是5Ω．
    （1）若采用400V输电，求输电线路损耗的功率．
    （2）若改用10000V高压输电，用户端利用n1：n2=45：1的变压器降压，求用户得到的电压．

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    18．在“探究动能与重力势能的转化和守恒”的实验中采用重物自由下落的方法：
    （1）实验供选择的重物有以下四个，应选择C．
    A．质量为100g的木球            B．质量为10g的砝码
    C．质量为200g的钩码            D．质量为10g的塑料球
    （2）实验中不一定（填一定或不一定）要用天平测量重物的质量．
    （3）若某次实验中使用质量m=1kg的重物自由下落，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为0.04s．那么从打点计时器打下起点O到打下B点的过程中，重物重力势能的减少量△Ep=2.33J （g=10m/s2，保留三位有效数字），此过程中重物动能的增加量△Ek=2.26J（保留三位有效数字）．由此可得到的结论是在误差允许范围内，重物的机械能守恒．

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    8．光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器，它由光电门和计时器两部分组成，光电门的一臂的内侧附有发光装置（发射激光的装置是激光二极管，发出的光束很细），如图实中的A和A′，另一臂的内侧附有接收激光的装置，如图实中的B和B′，当物体在它们之间通过时，二极管发出的激光被物体挡住，接收装置不能接收到激光信号，同时计时器就开始计时，直到挡光结束光电计时器停止计时，故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间．现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落，如图所示．
    （1）若要用这套装置来验证机械能守恒定律，则要测量的物理量有小球直径D、两光电门间的竖直高度H、小球通过上、下两光电门的时间△t1、△t2（每个物理量均用文字和字母表示，如高度H ）．
    （2）验证机械能守恒定律的关系式为$\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{2}}^{2}}-\frac{{D}^{2}}{△{{t}_{1}}^{2}}$=2gH．

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    科目：高中物理 来源： 题型：作图题

    15．用如图所示的实验装置验证质量为m1、m2的物块组成的系统机械能守恒．m2从高处由静止开始下落，m1拖着纸带打出一系列的点，研究纸带上的点迹，即可验证机械能守恒定律．图中给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点未标出，计数点间的距离如图所示．已知电源的频率为50Hz，m1=50克，m2=150克，重力加速度g=9.8m/s2 （所有结果均保留三位有效数字）．

    （1）在纸带上打下计数点5时的速度v5=2.40 m/s；
    （2）在打点0～5过程中系统动能的增量△Ek=0.576J，系统势能的减少量△Ep=0.588 J．
    （3）关于此实验，有以下建议：
    A．绳的质量要轻些．
    B．绳子越长越好．
    C．两个物块的质量之差要尽可能小．
    D．尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃．
    以上建议对提高实验准确度有作用的是AD．

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    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    12．M和N是两个都不带电的物体．它们互相摩擦后，M带正电荷2.72×10-9C，下列判断不正确的是（　　）
    A．在摩擦前M和N的内部没有任何电荷
    B．摩擦过程中电子从M转移到N
    C．N在摩擦后一定带负电荷2.72×10-9C
    D．M在摩擦过程中失去1.7×1010个电子

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    13．在验证机械能守恒定律的实验步骤有
    A．将打点计时器竖直安装在铁架台上．
    B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落．
    C．取下纸带，再换一条新纸带，重复以上实验步骤．
    D．将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带使重物静止．
    E．选取一条理想的纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h1．h2．h3 …，并计算出相应的瞬时速度v1．v2．v3 …
    F．分别计算出$\frac{1}{2}$mvn2与mghn，在实验误差允许范围内，看是否相等．
    上述步骤合理的顺序是ADBCEF．若以$\frac{{v}^{2}}{2}$为纵坐标，以h为横坐标，根据实验数据绘出$\frac{{v}^{2}}{2}$-h图线应是过原点的倾斜直线，才能验证机械能守恒定律，此图线的斜率等于重力加速度g的数值．

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