Question

3．圖甲為“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置示意圖．砂和砂桶的總質量為m，小車和砝碼的總質量為M．實驗中用砂和砂桶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
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，使小車在砂和砂桶的牽引下運動，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動．
B．將長木板的一端墊起適當的高度，讓小車連著已經穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，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．將長木板的一端墊起適當的高度，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動．
（2）圖乙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，相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出．量出相鄰的計數點之間的距離分別為x_AB=4.22cm、x_BC=4.65cm、x_CD=5.08cm、x_DE=5.49cm、x_EF=5.91cm、x_FG=6.34cm可求得小車的加速度a=0.42m/s²，打下D點時小車運動的速度為v_D=0.53m/s．（結果保留2位有效數字）

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）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，根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點時小車的瞬時速度大小．

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）利用勻變速直線運動的推論有：△x=at²，
x_DE-x_AB=3a₁T²
x_EF-x_BC=3a₂T²
x_FG-x_CD=3a₃T²
為了更加準確的求解加速度，我們對三個加速度取平均值，得：
a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）=$\frac{6.34cm+5.91cm+5.49cm-5.08cm-4.65cm-4.22cm}{9×（0.1s）_{\;}^{2}}$=42cm/s²=0.42$m/{s}_{\;}^{2}$
相鄰的兩個計數點之間還有四個點未畫出，相鄰的計數點時間間隔為：T=0.1s，
根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上D點時小車的瞬時速度大小．為：
${v}_{D}^{\;}=\frac{{x}_{CE}^{\;}}{2T}=\frac{5.08cm+5.49cm}{2×0.1s}=53cm/s=0.53m/s$
故答案為：（1）B；（2）0.42，0.53

點評 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．