Question

19．在“验证牛顿第二定律”实验中，某同学使用了图甲所示的装置，打点计时器打点频率为50Hz．

（1）下列做法正确的是AD（填字母代号）
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
B．在平衡小车受到的滑动摩擦力时，将装有砂的砂桶通过定滑轮拴在小车上
C．实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源
D．通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要再次平衡摩擦力
（2）某同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图丙所示，自A点起，相邻两点间的距离分别为10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，则打E点时小车的速度0.85m/s，小车的加速度为5.0m/s²．

（3）该同学在实验中保持小车的质量M不变，改变砂桶与砂的总重力F，多次实验，根据得到的数据，在a-F图象中描点，如图乙所示．现在请你对本实验进行进一步研究：
①在图乙中根据所描出的点连线．
②观察所连a-F图象，本实验结果与牛顿第二定律并不一致，造成不一致的原因有：
原因一：平衡摩擦力过度
原因二：砂和砂桶的质量没有远小于小车的质量．

Answer 1

分析 （1）探究加速度与拉力的关系实验时，要平衡摩擦力，平衡摩擦力时，要求小车在无动力的情况下平衡摩擦力，不需要挂任何东西．小车的加速度应根据打点计时器打出的纸带求出；平衡摩擦力时，是重力沿木板方向的分力等于摩擦力，即：mgsinθ=μmgcosθ，可以约掉m，只需要平衡一次摩擦力．操作过程是先接通打点计时器的电源，再放开小车．
（2）该实验是探究加速度与力、质量的三者关系，研究三者关系必须运用控制变量法．
纸带法实验中，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两个推论，可计算出打出某点时纸带运动的瞬时速度和加速度．
（3）根据牛顿第二定律结合图象特点即可正确解答．

解答 解：（1）A、调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行．故A正确；
B、在调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力时，不能将装有砂的砂桶通过定滑轮栓在小车上．故B错误；
C、实验时，应先接通电源，再释放小车．故C错误；
D、通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度．故D正确．
故选：AD．
（2）利用匀变速直线运动的推论得出：
v_E=$\frac{{x}_{DF}^{\;}}{{t}_{DF}^{\;}}$=$\frac{16mm+18mm}{2×0.02s}=850mm/s$=0.85m/s
小车的加速度为a=$\frac{△x}{{t}_{\;}^{2}}$=$\frac{12mm-10mm}{（0.02s）_{\;}^{2}}$=$5×1{0}_{\;}^{3}mm/{s}_{\;}^{2}$=5$m/{s}_{\;}^{2}$
（3）①描点、连线

②根据丙图可知，当没有挂砂和砂桶时，小车产生了加速度，因此说明平衡摩擦力时木板倾角太大；
随着F的增大，即砂和砂桶质量的增大，不在满足砂和砂桶远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，所以偏离直线的原因是砂和砂桶质量m不满足远小于小车的质量M．
故答案为：（1）AD    （2）0.85         5.0
（3）①见右图           ②平衡摩擦力过度           砂和砂桶的质量没有远小于小车的质量

点评 本题考查了打点计时器应用的注意事项及打出的纸带的处理方法，有利于学生基本知识的掌握，同时也考查了学生对实验数据的处理方法，及试验条件的掌握，平衡摩擦力的方法．