Question

19．用如圖1所示的實驗裝置來驗證牛頓第二定律．

①為消除摩擦力的影響，實驗前平衡摩擦力的具體操作為：取下沙桶，把木板不帶滑輪的一端適當墊高并反復調節，直到輕推小車后，小車能沿木板做勻速直線運動．
②在實驗過程，某次打出紙帶如圖2，相鄰計數點A、B、C、D、E之間還有4個點未畫出，該紙帶對應的加速度為：0.60 m/s² （保留兩位有效數字）；
③某次實驗測得的數據如下表所示．根據這些數據在圖3坐標圖中描點并作出a-$\frac{1}{m}$圖線．從a-$\frac{1}{m}$圖線求得合外力大小為0.30N（保留兩位有效數字）．

$\frac{1}{m}$/kg-1	a/m•s2
4.0	1.2
3.6	1.1
2.0	0.6
1.4	0.4
1.0	0.3

Answer 1

分析 （1）明確實驗原理，了解具體操作步驟的含義，尤其是實驗中如何進行平衡摩擦力的操作；
（2）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；
（3）由F=ma可知，在a-$\frac{1}{m}$圖象中，圖象的斜率表示物體所受合外力的大小．

解答 解：①將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛砂桶的情況下使小車恰好做勻速運動，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力，這樣便平衡了摩擦力．
②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，
得：a=$\frac{（{s}_{3}-{s}_{1}）+（{s}_{4}-{s}_{2}）}{4{T}^{2}}$=$\frac{{{x}_{CE}-x}_{AC}}{{4T}^{2}}$=$\frac{（2.41+3.03-1.21-1.83）×1{0}^{-2}}{4×0．{1}^{2}}$=0.60m/s²．
③用描點法畫出圖象如下所示：

由F=ma可知，在a-$\frac{1}{m}$圖象中，圖象的斜率表示物體所受合外力的大小，有圖象可知其斜率為k=F=$\frac{1.0-0}{4-0}$=0.3N，故所受合外力大小為0.3N（0.28～0.32均可）．
故答案為：①沙桶；②0.60；③0.30

點評 在解決實驗問題時，一定先要通過分析題意找出實驗的原理，通過原理即可分析實驗中的方法及誤差分析，同時也加深了對具體實驗操作步驟的理解．