Question

10．圖1為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．砂和砂桶的總質(zhì)量為m，小車和砝碼的總質(zhì)量為M．實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶總重力的大小作為細(xì)線對(duì)小車?yán)�力的大�。?br />
（1）試驗(yàn)中，為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是B
A．將長(zhǎng)木板水平放置，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，調(diào)節(jié)m的大小，使小車在砂和砂桶的牽引下運(yùn)動(dòng)，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)．
B．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨�，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)．
C．將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋�撤去紙帶以及砂和砂桶，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)．
（2）圖2是試驗(yàn)中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出．量出相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為s_AB=4.22cm、s_BC=4.65cm、s_CD=5.08cm、s_DE=5.49cm、s_EF=5.91cm、s_FG=6.34cm．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作效率為50Hz，則小車的加速度a=0.43m/s²，打下“E”計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)物體的瞬時(shí)速度為v_E=0.57m/s．（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．
（3）某位同學(xué)通過測(cè)量，把砂和砂桶的重量當(dāng)作小車的合外力F，作出a-F圖線．如圖3中的實(shí)線所示．試分析：圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)O的原因是平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大；曲線上部彎曲的原因是沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．

Answer 1

分析 1、小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)平衡摩擦力；
2、根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，根據(jù)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，計(jì)算時(shí)E點(diǎn)的瞬時(shí)速度；
3、根據(jù)圖象特點(diǎn)結(jié)合牛頓第二定律可正確解答．

解答 解：（1）為了使細(xì)線對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項(xiàng)操作是將長(zhǎng)木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨�，讓小車連著已經(jīng)穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點(diǎn)計(jì)時(shí)器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，即平衡摩擦力．
故選：B
（2）相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出，相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為T=0.1s，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論△x=at²，得：
s_DE-s_AB=3a₁T²
s_EF-s_BC=3a₂T²
s_FG-s_CD=3a₃T²
為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對(duì)三個(gè)加速度取平均值得：
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）=$\frac{0.0549+0.0591+0.0634-0.0422-0.0465-0.0508}{9×0.01}$m/s²=0.43m/s²    
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得E點(diǎn)的速度為v_E=${\overline{v}}_{DF}$=$\frac{{s}_{DE}+{s}_{EF}}{2T}$=$\frac{0.0549+0.0591}{2×0.1}m/s$=0.57m/s
（3）由圖可知，開始物體所受拉力為零時(shí)，卻產(chǎn)生了加速度，故操作過程中平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大．
所以：平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大（或平衡摩擦力過度），
根據(jù)牛頓第二定律，可知曲線上部彎曲的原因是：沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．
故答案為：（1）B；（2）0.43；0.57；（3）平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大；沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于課本中的基本力學(xué)實(shí)驗(yàn)，無論形式如何變化，只要根據(jù)所學(xué)基本物理知識(shí)，弄清其實(shí)驗(yàn)原理，熟練應(yīng)用所學(xué)物理知識(shí)，即可找到解決問題的突破口．