Question

6．某物理小組利用如圖1所示實驗裝置探究牛頓第二定律．
（1）小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過打點計時器．把木板的一側墊高，以補償打點計時器對小車的阻力及其他阻力，具體做法是：調節木板的傾斜度，使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板勻速運動．

（2）該實驗把盤和重物的總重量近似視為等于小車運動時所受的拉力大小．小車做勻加速直線運動，在紙帶上打出一系列小點．打點計時器使用的交流電源的頻率為50Hz．圖2是實驗中獲取的一條紙帶的一部分：0、1、2、3、4、5、6是計數點，相鄰兩計數點間還有4個點未畫出．根據圖中數據計算小車加速度a=0.25m/s²（保留兩位有效數字）．若已知小車質量為200g，重力加速度大小為g=9.8m/s²，則可計算出盤和重物的總質量m=5.1g（保留兩位有效數字）．

Answer 1

分析 （1）本實驗中要求用沙和沙桶的拉力等效代替繩子的拉力，故應保證小車受到的摩擦力為零，根據平衡摩擦力的方法求解；
（2）利用逐差法△x=aT²可以求出物體的加速度大小，根據牛頓第二定律求出m；

解答 解：（1）平衡摩擦力時，把木板一端墊高，調節木板的傾斜度，使小車在不受繩的拉力時能拖動紙帶沿木板做勻速直線運動即可；
（2）利用逐差法△x=aT²可以求出物體的加速度大小
得$a=\frac{（{x}_{4}^{\;}+{x}_{5}^{\;}+{x}_{6}^{\;}）-（{x}_{1}^{\;}+{x}_{2}^{\;}+{x}_{3}^{\;}）}{（3T）_{\;}^{2}}$=$\frac{（2.13cm+2.39cm+2.63cm）-（1.40cm+1.64cm+1.89cm）}{（3×0.1s）_{\;}^{2}}$=$25cm/{s}_{\;}^{2}=0.25m/{s}_{\;}^{2}$
根據牛頓第二定律
對小車：T=Ma
對盤和砝碼：mg-T=ma
聯立得mg=（M+m）a
代入數據：10m=（0.2+m）×0.25
解得：$m=5.1×1{0}_{\;}^{-3}kg=5.1g$
故答案為：（1）調節木板的傾斜度，使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木板勻速運動      （2）0.25       5.1

點評 解決實驗問題的關鍵是明確實驗原理，同時熟練應用基本物理規律解決實驗問題，知道為什么盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量時盤和砝碼的重力可以認為等于小車的拉力，對于基本知識規律不但明白是什么還要知道為什么．