Question

13．某同学用如图1所示的实验装置验证牛顿第二定律．

（1）该同学在实验前准备了图1中所示的实验装置及下列辅助器材：
A．交流电源、导线 　　B．天平（含配套砝码）   C．秒表　 D．刻度尺
其中不必要的器材是C（填代号）．
（2）设盘和重物的总质量为m，小车和砝码的总质量为M．实验中用盘和重物总重力的大小作为细线对小车拉力的大小．
实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端定滑轮的高度，使细线与长木板平行．接下来还需要进行的一项操作是B（填写所选选项的序号）．
A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在盘和重物的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
B．将长木板的右端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去盘和重物，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动．
C．将长木板的右端垫起适当的高度，撤去纸带以及盘和重物，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动．
（3）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是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）图2是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，量出相邻的计数点之间的距离分别为x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆．已知相邻的计数点之间的时间间隔为T，关于小车的加速度a的计算方法，产生误差较小的算法是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．$\frac{{（{{x_6}-{x_3}}）+（{{x_5}-{x_2}}）+（{{x_4}-{x_1}}）}}{{9{T^2}}}$
（5）用图2所表示的数据，表示打下D点时小车的瞬时速度，表示错误的是A．
A．$\frac{{{x_4}-{x_3}}}{2T}$B． $\frac{{{x_4}+{x_3}}}{2T}$
C．$\frac{{（{x_2}+{x_3}）+（{x_4}+{x_5}）}}{4T}$D．$\frac{{（{x_1}+{x_2}+{x_3}）+（{x_4}+{x_5}+{x_6}）}}{6T}$
（6）在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图3所示的a-F图象，其中图线不过原点并在末端发生了弯曲，产生这种现象的原因可能有BD．
A．木板右端垫起的高度过小（即平衡摩擦力不足）
B．木板右端垫起的高度过大（即平衡摩擦力过度）
C．盘和重物的总质量m远小于车和砝码的总质量M（即m＜M）
D．盘和重物的总质量m不远小于车和砝码的总质量M．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理确定测量的物理量，从而确定所需的器材．
（2）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应平衡摩擦力；
（3）当沙和沙桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，即m＜＜M时才可以认为绳对小车的拉力大小等于沙和沙桶的重力；
（4）根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
（5）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上D点时小车的瞬时速度大小；
（6）实验问题需要结合物理规律去解决．对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由．比如为什么要平衡摩擦力，为什么要先接通电源后释放纸带等．

解答 解：（1）在实验中，打点计时器可以测量时间，所以不需要秒表．上述器材中不必要的为C，
故选：C．
（2）要使小车受到的合力等于细线的拉力，实验前应平衡摩擦力，具体做法是：将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动，
故选：B．
（3）当m＜＜M时，即当盘和重物的总质量m远远小于小车和砝码的总质量M时，绳子的拉力近似等于盘和重物的总重力，由题意可知，最合理的一组m与M值是C．
故选：C
（4）应用△x=aT²求加速度时，为减小测量误差，△x常采用不相邻点间的位移差，并且采用逐差法，由各选项可知，误差最小的算法是D．
故选：C．
（5）根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上D点时小车的瞬时速度大小，所以A错误，BCD正确．
（6）从图3中发现直线没过原点，当F=0时，a＞0．也就是说当绳子上没有拉力时小车还有加速度，说明小车的摩擦力小于重力沿斜面向下的分力．该组同学实验操作中平衡摩擦力过大，从图象上还可以看出：F从0开始增加，砂和砂桶的质量远小于车的质量，慢慢的砂和砂桶的重力在增加，那么在后面
砂和砂桶的质量就没有远小于车的质量呢，那么绳子的拉力与砂和砂桶的总重力就相大呢．所以原因是砂和砂桶的质量没有远小于车的质量，故BD正确，AC错误．
故选：BD
故答案为：（1）C　 （2）B　　（3）C　（4）D　　（5）A　　（6）BD

点评 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项，然后结合物理规律去解决实验问题，会通过纸带求解瞬时速度和加速度．