Question

16．用如图1所示装置做“验证牛顿第二定律”的实验．实验中小车及砝码的总质量为m₁，钩码质量为m₂，并用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用纸带测出小车运动的加速度．
（1）下列说法正确的是CD
A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力
B．实验时应先释放小车后接通电源
C．本实验中m₁应远大于m₂
D．在用图象探究加速度与质量关系时，应用a-$\frac{1}{m1}$图象
（2）下图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图2所示．已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=1.0 m/s²．（结果保留两位有效数字）

（3）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出a-F关系图线，如图3所示．此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是C
A．小车与平面轨道之间存在摩擦
B．平面轨道倾斜角度过大
C．所挂钩码的总质量过大
D．所用小车的质量过大．

Answer 1

分析 实验时需要提前做的工作有两个：①平衡摩擦力，且每次改变小车质量时，不用重新平衡摩擦力，因为f=mgsinθ=μmgcosθ，m约掉了．②让小车的质量M远远大于小桶（及砝码）的质量m．根据纸带数据，由△x=at²可求小车的加速度．

解答 解：（1）A、平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有：f=mgsinθ=μmgcosθ，m约掉了，故不需要重新平衡摩擦力．故A错误．
B、实验时应先接通电源后释放小车，故B错误．
C、让小车的质量m₁远远大于钩码的质量m₂，因为：实际上绳子的拉力F=m₁a=$\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}+{m}_{1}}$m₂g，故应该是m₂＜＜m₁，而当m₂不再远远小于m₁时a=$\frac{{m}_{2}g}{{m}_{2}+{m}_{1}}$=$\frac{g}{1+\frac{{m}_{1}}{{m}_{2}}}$，随m₂的增大物体的加速度逐渐减小且无限趋近于g，故C正确．
D、F=ma，所以：a=$\frac{1}{{m}_{1}}$F，当F一定时，a与$\frac{1}{{m}_{1}}$成正比，故D正确．
故选：CD．
（2）计数点间的时间间隔为：t=0.02s×5=0.1s，
根据纸带数据，由△x=at²可得小车的加速度为：a=$\frac{{X}_{CE}-{X}_{AC}}{（2t）^{2}}$=$\frac{（21.60-8.79）cm-8.79cm}{（0.2s）^{2}}$=1.0m/s²．
（3）随着力F的增大，即砝码和小盘总质量的增大，不再满足砝码和小盘的质量远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象，故C正确、ABD错误．
故选：C．
故答案为：（1）CD；（2）1.0； （3）C．

点评 教科书本上的实验，我们要从实验原理、实验仪器、实验步骤、实验数据处理、实验注意事项这几点去搞清楚．要提高应用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题的能力，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用．