Question

16．实验室给同学们提供了如下实验器材：滑轮小车、小木块、长木板、秒表、砝码、弹簧秤、直尺，要求同学们用它们来粗略验证牛顿第二定律．

（1）实验中因涉及的物理量较多，须采用控制变量的方法来完成该实验，即：先保持合外力不变，验证物体质量越小加速度越大；再保持质量不变，验证物体所受合外力越大，加速度越大．
（2）某同学的做法是：将长木板的一端放在小木块上构成一斜面，用小木块改变斜面的倾角，保持滑轮小车的质量不变，让小车沿不同倾角的斜面由顶端无初速释放，如图1用秒表记录小车滑到底端的时间．试回答下列问题：
①改变斜面倾角的目的是改变小车所受的合外力；
②用秒表记录小车下滑相同距离（从斜面顶端到底端）所花的时间，而不是记录下滑相同时间所对应的下滑距离，这样做的好处是记录更准确．
（3）如果要较准确地验证牛顿第二定律，则需利用打点计时器来记录滑轮小车的运动情况．某同学得到一条用打点计时器打下的纸带，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7个计数点（图3中每相邻两个记数点间还有四个打点记时器打下的点未画出），打点计时器接的是50Hz的低压交流电源．他将一把毫米刻度尺放在纸上，其零刻度和记数点O对齐．
表是某同学从刻度尺上直接读取数据的记录表

线段	OA	OB	OC	OD	OE	OF
数据（cm）	0.54	1.53	2.92	4.76	7.00	9.40

①由以上数据可计算出打点计时器在打A、B、C、D、E各点时物体的速度，如表所示．
请在表中填出E点的速度

各点速度	VA	VB	VC	VD	VE
数据（×10-2m/s）	7.70	12.0	16.2	20.4

②试根据表格中数据和你求得的E点速度在下面所给的坐标中，作出v-t图象如图2．要求标明坐标及其单位，坐标的标度值大小要取得合适，使作图和读数方便，并尽量充分利用坐标纸．从图象中求得物体的加速度a=0.42m/s²（取两位有效数字）

Answer 1

分析 验证牛顿第二定律实验需要应用控制变量法，改变木板的倾角可以改变小车受到的合力；用秒表记录小车在相同位移内的运动时间便于实验操作；做匀变速运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度；根据v-t图象的斜率求出小车的加速度．

解答 解：（1）实验中因涉及的物理量较多，必须采用控制变量法来完成该实验．
实验中因涉及的物理量较多，须采用控制变量的方法来完成该实验，即：先保持合外力不变，验证物体质量越小加速度越大；再保持质量不变，验证物体所受合外力越大，加速度越大．
（2）①改变斜面倾角可以改变小车所受到的合外力．
②用停表记录小车下滑相同距离（从斜面顶端到底端）所经历的时间，便于实验操作，较难记录下滑相同时间所对应的下滑距离
（3）
②计数点间的时间间隔t=0.02s×5=0.1s；打E点时的速度v_E=$\frac{{X}_{DF}}{2t}$=0.230m/s，
③作出v-t图象．


根据图象的斜率得出小车的加速度a=$\frac{△v}{△t}$=0.42m/s²；
故答案为：（1）合外力，质量；质量，所受合外力．
（2）①改变小车所受的合外力；②记录更准确）
（3）①0.232  ②0.42

点评 本题考查对刻度尺的规范读数以及包括图象法在内的多种数据处理方法的掌握情况；
考查学生的实验设计以及对已有的实验设计的理解能力与水平以及实验探究能力．