Question

12．甲乙兩個同學(xué)共同做“驗證牛頓第二定律”的實驗裝置如圖1所示．

①兩位同學(xué)用砝碼盤（連同砝碼）的重力作為小車（對象）受到的合外力，需要平衡桌面的摩擦力對小車運動的影響，他們將長木板的一端適當(dāng)墊高，在不掛砝碼盤的情況下，小車能自由做勻速直線運動．另外，還應(yīng)滿足砝碼盤（連同砝碼）的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M．（填“遠(yuǎn)小于”、“遠(yuǎn)大于”或“近似等于”）
接下來，甲同學(xué)研究，在保持小車質(zhì)量不變的條件下，其加速度與其受到牽引力的關(guān)系；乙同學(xué)研究，在保持受到的牽引力不變的條件下，小車的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系．
②甲同學(xué)通過對小車所牽引紙帶的測量，就能得出小車的加速度a．圖2是某次實驗所打出的一條紙帶，在紙帶上標(biāo)出了5個計數(shù)點，在相鄰的兩個計數(shù)點之間還有4個點未標(biāo)出，圖中數(shù)據(jù)的單位是cm．實驗中使用的電源是頻率f=50Hz的交變電流．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以算出小車的加速度a=0.343m/s²．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
③乙同學(xué)通過給小車增加砝碼來改變小車的質(zhì)量M，得到小車的加速度a與質(zhì)量M的數(shù)據(jù)，畫出a-$\frac{1}{M}$圖線后，發(fā)現(xiàn)：當(dāng) $\frac{1}{M}$較大時，圖線發(fā)生彎曲．于是，該同學(xué)后來又對實驗方案進(jìn)行了進(jìn)一步地修正，避免了圖線的末端發(fā)生彎曲的現(xiàn)象．那么，該同學(xué)的修正方案可能是A
A．改畫a與$\frac{1}{M+m}$的關(guān)系圖線
B．改畫a與（M+m）的關(guān)系圖線
C．改畫a與$\frac{m}{M}$的關(guān)系圖線
D．改畫a與$\frac{1}{（M+m）^{2}}$的關(guān)系圖線．

Answer 1

分析 ①在“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為使繩子拉力為小車受到的合力，應(yīng)先平衡摩擦力；為使繩子拉力等于砝碼和砝碼盤的重力，應(yīng)滿足砝碼和砝碼盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；
②根據(jù)勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大�。�
③分別對小車和砝碼盤列出牛頓第二定律方程，即可知道繩子拉力就是砝碼重力的條件以及圖象彎曲的原因．

解答 解：①“驗證牛頓第二定律”的實驗中，為使繩子拉力為小車受到的合力，應(yīng)先平衡摩擦力，方法是將長木板的一端適當(dāng)墊高，在不掛砝碼盤的情況下，小車能夠自由地做勻速直線運動，另外為使繩子拉力等于砝碼盤（連同砝碼）的質(zhì)量，必須滿足滿足砝碼盤（連同砝碼）的質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M的條件．
②每打五個點取一個計數(shù)點，又因打點計時器每隔0.02s打一個點，所以相鄰兩計數(shù)點間的時間T=0.1s；
在勻變速直線運動中連續(xù)相等時間內(nèi)的位移差為常數(shù)即：△x=aT²，逐差法知：a=$\frac{{x}_{3}+{x}_{4}-（{x}_{1}+{x}_{2}）}{4{T}^{2}}$=$\frac{（0.1747-0.0805）-0.0805}{4×0．{1}^{2}}$=0.343m/s²
③分別對小車與砝碼列出牛頓第二定律，對小車有F=Ma，對砝碼有：F-mg=ma，兩式聯(lián)立可得：a=$\frac{mg}{M+m}$=$\frac{1}{M+m}$mg，
所以作圖時應(yīng)作出a-$\frac{1}{M+m}$圖象．故選：A
故答案為：①勻速直線，遠(yuǎn)小于；   ②0.343；③A．

點評 明確實驗原理是解決有關(guān)實驗問題的關(guān)鍵．在驗證牛頓第二定律實驗中，注意以下幾點：（1）平衡摩擦力，這樣繩子拉力才為合力；（2）滿足砝碼（連同砝碼盤）質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，這樣繩子拉力才近似等于砝碼（連同砝碼盤）的重力．