Question

19．在設(shè)計(jì)如圖甲所示“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)原理時(shí)有兩個(gè)很“巧妙”的地方，一是要求小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量之和；二是對小車要進(jìn)行“平衡摩擦力”操作．請回答下列問題：

（1）“巧妙”之一，實(shí)驗(yàn)中要求“小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量之和的目的”是：繩中的拉力（近似）等于砂和砂桶重力之和；
（2）在滿足實(shí)驗(yàn)條件的情況下，某同學(xué)得到了如圖乙的圖線（其中M為小車的質(zhì)量），由此得到的結(jié)論是在合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比．
（3）“巧妙”之二，實(shí)驗(yàn)中對小車進(jìn)行“平衡摩擦力”操作，下列選項(xiàng)中必須執(zhí)行的是（填序號）AD
A．取下砂和砂桶
B．在空砂桶的牽引下，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng)
C．小車拖著穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源應(yīng)斷開不需接通
D．在沒有定滑輪的一端把長木板墊起適當(dāng)角度
（4）某次實(shí)驗(yàn)（所用交流電的頻率為50Hz）打出的紙帶經(jīng)過處理如圖丙所示，每兩個(gè)相鄰的測量點(diǎn)之間還有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒有顯示，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度為0.50m/s²．（保留兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 該實(shí)驗(yàn)采用控制變量法，先控制小車的質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系，再控制砂和砂桶的總重力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系．當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂桶和砂的總質(zhì)量時(shí)，細(xì)線的拉力等于砂桶和砂的總重力大小．
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�。�

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)中要求“小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量之和的目的”是：繩中的拉力（近似）等于砂和砂桶重力之和．
（2）在滿足實(shí)驗(yàn)條件的情況下，某同學(xué)得到了如圖乙的圖線（其中M為小車的質(zhì)量），由此得到的結(jié)論是在合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比．
（3）在該實(shí)驗(yàn)中，我們認(rèn)為繩子的拉力就等于小車所受的合外力，應(yīng)該平衡摩擦力，正確的操作應(yīng)該是在沒有定滑輪的一端把長木板墊起適當(dāng)角度，細(xì)繩的另一端不能懸掛砂和砂桶，輕推一下小車，小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng)．故AD正確，BC錯(cuò)誤；
故選：AD．
（4）由于每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)沒有畫出，所以相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1s，
設(shè)0到A之間的距離為x₁，以后各段分別為x₂、x₃、x₄、x₅、x₆，
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，
得：x₄-x₁=3a₁T² 
x₅-x₂=3a₂T² 
 x₆-x₃=3a₃T² 
為了更加準(zhǔn)確的求解加速度，我們對三個(gè)加速度取平均值
得：a=$\frac{1}{3}$（a₁+a₂+a₃）=$\frac{0.1582-0.0568-0.0568}{9×0.01}$=0.50m/s² ．
故答案為：（1）繩中的拉力（近似）等于砂和砂桶重力之和
（2）在合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比
（3）AD
（4）0.50

點(diǎn)評 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，然后熟練應(yīng)用物理規(guī)律來解決實(shí)驗(yàn)問題．要學(xué)會(huì)應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實(shí)驗(yàn)問題的能力，在平時(shí)練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用．