Question

12．（1）如图（a）所示，是某同学所安装的“探究牛顿第二定律”的实验装置，他在图示状态下开始做实验，该同学的装置和操作中的主要错误是：①应将电池改为交流电；②没有平衡摩擦力；③小车应靠近打点计时器端；④左端连接的细线应与木板平行

（2）图（b）为某次实验得到的纸带，纸带上相邻计数点间有4个点未画出，则小车的加速度大小为0.64m/s²．（结果保留两位有效数字）
（3）控制小车的质量不变，改变砂桶与里面沙子的总质量，实验中得到如图（c）所示的a-F图象，图象没有过原点的原因是平衡摩擦力时木板垫的过高．

Answer 1

分析 （1）打点计时器应使用交流电源；实验时小车应靠近打点计时器；
在实验前应平衡小车受到的摩擦力；砂桶与小车的连线应平行于木板．
（2）根据匀变速运动的推论△x=at²求出加速度．
（3）验证牛顿第二定律的实验中应平衡摩擦力，平衡摩擦力后小车受到的合力等于砂桶的重力，
如果平衡摩擦力时木板垫地太高，平衡摩擦力过度，小车受到的拉力大于砂桶的拉力

解答 解：（1）安装仪器时我们需要注意：①平衡摩擦力，将木板一端垫高；②细线与木板平行，保证拉力在小车前进的方向上；③打点计时器需要用交流电源；④释放小车时应让小车从靠近计时器处释放，在纸带上打上尽量多的点；
故错误之处有：①应将电池改为交流电；②没有平衡摩擦力；③小车应靠近打点计时器端；④左端连接的细线应与木板平行；
（2）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
设第一个计数点到第二个计数点之间的距离为x₁，以后各段分别为x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，
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：x₄-x₁=3a₁T²
x₅-x₂=3a₂T²
x₆-x₃=3a₃T²
为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值
得：a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）
带入数据得a=0.64m/s²．
（3）a-$\frac{1}{M}$图象没有过坐标原点，在纵轴上有截距，表明在砂桶对小车没有施加拉力前，小车已经具有加速度，小车受到的合力大于砂桶的拉力，
这是由于在平衡摩擦力时，木板被垫地过高，平衡摩擦力过度造成的．
故答案为：（1）①应将电池改为交流电；②没有平衡摩擦力；③小车应靠近打点计时器端；④左端连接的细线应与木板平行；（2）0.64；（3）平衡摩擦力时木板垫的过高．

点评 本题考查了验证牛顿第二定律实验的注意事项、求加速度、实验数据分析等；在验证牛顿第二定律实验时，应平衡摩擦力，但平衡摩擦力不能过度．