Question

16．如圖（a）為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．盤和重物的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M．實驗中用盤和重物總重力的大小作為細線對小車拉力的大小．

（1）實驗中，為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調節長木板一端定滑輪的高度，使細線與長木板平行．接下來還需要進行的一項操作是B（填寫所選選項的序號）．
A．將長木板水平放置，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，調節m的大小，使小車在盤和重物的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動．
B．將長木板的右端墊起適當的高度，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去盤和重物，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動．
C．將長木板的右端墊起適當的高度，撤去紙帶以及盤和重物，輕推小車，觀察判斷小車是否做勻速運動．
D．將長木板水平放置，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，給打點計時器通電，使小車在盤砝碼的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動．
（2）本裝置中要用到打點計時器，圖（b）為實驗室常用的一種計時器，其中電源電壓要求是220V交流電．
（3）實驗中要進行質量m和M的選取，以下最合理的一組是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）圖（c）是實驗中得到的一條紙帶，A、B、C、D、E、F、G為7個相鄰的計數點，量出相鄰的計數點之間的距離分別為x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆．已知相鄰的計數點之間的時間間隔為T，關于小車的加速度a的計算方法，產生誤差較小的算法是D．

A．$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$      B．$\frac{（{x}_{2}-{x}_{1}）+（{x}_{3}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{4}）+（{x}_{6}-{x}_{5}）}{5{T}^{2}}$
C．$\frac{{x}_{6}-{x}_{1}}{5{T}^{2}}$         D．$\frac{（{x}_{6}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）為了使細線對小車的拉力等于小車所受的合外力，要先平衡摩擦力；
（2）電火花打點計時器使用220V交流電源；
（3）實驗中要進行質量m和M的選取，需要滿足的條件是：m＜＜M．
（4）根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小．

解答 解：（1）小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，可以將長木板的一段墊高，撤去砂和砂桶，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動，故B正確；故選：B；
（2）由圖（b）所示可知，打點計時器為電火花打點計時器，電火花打點計時器使用220V交流電源；
（3）重物加速下滑，處于失重狀態，其對細線的拉力小于重力，設拉力為T，根據牛頓第二定律得：
對系統：mg=（M+m）a，對小車：T=Ma，解得：T=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，只有當M＞＞m時，T≈mg，由各選項數據可知，C符合要求，故選：C；
（4）根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²，結合作差法得：a=$\frac{（{x}_{6}-{x}_{3}）+（{x}_{5}-{x}_{2}）+（{x}_{4}-{x}_{1}）}{9{T}^{2}}$，故D正確，故選：D
故答案為：（1）B；（2）220V交流電；（3）C；（4）D．

點評 要提高應用勻變速直線的規律以及推論解答實驗問題的能力，只要真正掌握了實驗原理就能順利解決此類實驗題目，而實驗步驟，實驗數據的處理都與實驗原理有關，故要加強對實驗原理的學習和掌握．