Question

20．如圖1所示，小車、打點計時器等器材置于高度可調(diào)節(jié)的長木板上．

（1）在驗證牛頓第二定律的實驗中，除打點計時器（附紙帶、復(fù)寫紙）、小車（其上可放置砝碼）、細(xì)線、鉤碼（質(zhì)量已知）、附滑輪的長木板、導(dǎo)線外，在下面的儀器和器材中，必須使用的有①③⑤．（填寫序號）
①電壓合適的50Hz交流電源     ②電壓可調(diào)的直流電源     ③刻度尺    ④秒表    ⑤天平
實驗時通過改變鉤碼個數(shù)，可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；通過在小車上添加鉤碼的個數(shù)，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系．
（2）在驗證牛頓第二定律的實驗中，若平衡摩擦力時，長木板的一端調(diào)節(jié)過高，使得傾角偏大，則所得到如圖2的a-F關(guān)系圖象為C．（a是小車的加速度，F(xiàn)是細(xì)線作用于小車的拉力）
（3）實驗中得到如圖3的一條紙帶，在紙帶上便于測量的地方選取第1個計數(shù)點，其下標(biāo)明A，第6個計數(shù)點下標(biāo)明B，第11個計數(shù)點下標(biāo)明C，第16個計數(shù)點下標(biāo)明D，第21個計數(shù)點下標(biāo)明E．若測得AC長為14.56cm，CD長11.15cm，DE長為13.73cm，則小車運動的加速度大小為2.58m/s²，打C點時小車的瞬時速度大小為0.986m/s．（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)牛頓第二定律的實驗原理可知實驗中需要的器材；
（2）會分析加速度時間圖象，并能根據(jù)圖象判定實驗中出現(xiàn)的誤差原因；
（3）根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上C點時小車的瞬時速度大小；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�。�

解答 解：（1）實驗中通過打點計時器找出物體運動的位移和時間，通過對紙帶的處理得出加速度；
故實驗中需要用小車、打點計時器、紙帶、砝碼、小桶、繩子、導(dǎo)線；用天平測量物體的質(zhì)量，刻度尺測量長度；
電源應(yīng)采用50Hz交流電流，打點計時器本身可以記錄時間，所以不需要秒表，故需要①③⑤；
該實驗采用控制變量法進(jìn)行實驗，實驗時通過改變 鉤碼的個數(shù)，可驗證質(zhì)量一定時，加速度與力成正比的關(guān)系；通過 在小車上添加鉤碼的個數(shù)，可驗證力一定時，加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系．
（2）若平衡摩擦力時，長木板的一端調(diào)節(jié)過高，使得傾角偏大，小車的重力沿斜面向下的分力大于摩擦力，則在加鉤碼前，小車能有加速度，所以則所得到圖象縱坐標(biāo)的截距不為0，則圖2的a-F關(guān)系圖象為C．
（3）物體做勻變速度直線運動，根據(jù)運動規(guī)律有，平均速度等于中間時刻的瞬時速度．所以C點的速度等于AE距離的平均速度．所以v_c=$\frac{AC+CD+DE}{4T}=\frac{0.1456+0.1115+0.1373}{4×0.1}$m/s=0.986m/s；
在計算加速度時，為得到的實驗數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，應(yīng)該采用逐差法：
a₁=$\frac{{x}_{CD}-{x}_{AB}}{2{T}^{2}}$，a₂=$\frac{{x}_{DE}-{x}_{BC}}{2{T}^{2}}$，
由逐差法可得加速度為：
a=$\frac{BD-AC}{2{T}^{2}}$=$\frac{0.1972-0.1456}{2×0．{1}^{2}}$ m/s²=2.58m/s²
故答案為：（1）①③⑤；鉤碼個數(shù)；在小車上添加鉤碼的個數(shù)；（2）C；（3）2.58；0.986

點評 對于實驗題要注意實難的原理的把握，根據(jù)原理即可分析實驗的過程、儀器而數(shù)據(jù)分析；要提高應(yīng)用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實驗問題的能力，在平時練習(xí)中要加強基礎(chǔ)知識的理解與應(yīng)用．紙帶問題一定要掌握好平均速度表示中間時刻的瞬時速度，和逐差法的應(yīng)用．