Question

12．某同學設計了如下實驗方案用來“驗證牛頓第二定律”：
（1）如圖甲所示，將木板有定滑輪的一端墊起，把滑塊通過細繩與帶夾的重錘相連，然后跨過定滑輪，重錘下夾一紙帶，穿過打點計時器．調整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動．
（2）如圖乙所示，保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板上靠近滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使其穿過打點計時器，然后接通電源釋放滑塊，使之由靜止開始加速運動．打點計時器使用的交流電的頻率為50Hz，打出的紙帶如圖丙所示，A，B，C，D，E是紙帶上五個計數(shù)點．（結果保留兩位有效數(shù)字）
①圖丙中滑塊下滑的加速度為3.9 m/s²；
②若重錘質量為m，滑塊質量為M，重力加速度為g，則滑塊加速下滑受到的合力為mg；
③在保持滑塊質量不變，探究加速度與力的關系時，每次改變重錘質量后，需要  （填“需要”或“不需要”）重新調整木板的傾角；
④某同學在保持滑塊質量不變的情況下，通過多次改變滑塊所受合力，由實驗數(shù)據(jù)作出的a-F圖象，如圖丁所示，則滑塊的質量為2.0kg．

Answer 1

分析 ①利用逐差法△x=at²可以求出物體的加速度大小；
②當取下細繩和鉤碼時，由于滑塊所受其它力不變，因此其合外力與撤掉鉤碼的重力等大反向；
③平衡摩擦力時把滑塊通過細繩與帶夾的重錘相連，所以改變重錘質量時要重新平衡摩擦力；
④根據(jù)牛頓第二定律有mg=Ma，由此可解得滑塊的質量．

解答 解：①利用逐差法△x=at²有：
${s}_{4}-{s}_{2}=2{a}_{1}{t}^{2}$
${s}_{3}-{s}_{1}=2{a}_{2}{t}^{2}$
t=2T
聯(lián)立各式代入數(shù)據(jù)解得：a=3.9m/s²．
②當取下細繩和鉤碼時，由于滑塊所受其它力不變，因此其合外力與撤掉鉤碼的重力等大反向，即滑塊所受合外力等于鉤碼的重力大小．
③平衡摩擦力時把滑塊通過細繩與帶夾的重錘相連，所以改變重錘質量時要重新平衡摩擦力，即重新調整木板的傾角；
④根據(jù)牛頓第二定律有：mg=Ma，由此可解得：mg=Ma，因此有：$a=\frac{mg}{M}$，因此圖象的斜率為$k=\frac{1}{M}$，結合圖象求出M=2.0kg．
故答案為：①3.9．②mg； ③需要；④2.0．

點評 明確實驗原理是解答實驗的關鍵，對于實驗中的每一步都要知其然更要知其所以然，只有這樣才能學得深學得透，才能做到舉一反三，比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．