Question

用如图甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力．（1）某同学平

用如图甲所示的实验装置来验证牛顿第二定律，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力．（1）某同学平衡摩擦力时是这样操作的：将小车静止地放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，如图乙，直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止．请问这位同学的操作是否正确？答：______（填正确或不正确）（2）如果这位同学按如（1）中的操作，然后不断改变对小车的拉力F，他得到M（小车质量）保持不变情况下的a-F图线是图丙中的______（将选项代号的字母填在横线上）（3）打点计时器使用的交流电频率f=50Hz．如图丁是某同学在正确操作下获得的一条纸带，A、B、C、D、E每两点之间还有4个点没有标出．根据纸带所提供的数据，算得小车的加速度大小为______ m/s2（结果保留两位有效数字）．（4）该实验中，在改变小车的质量M或沙桶的总质量m时，保持M＞＞m，这样做的目的是______．

Answer 1

（1）小车由静止下滑，说明重力沿斜面的分力大于摩擦力，因此平衡过度，所以该同学的操作不正确，
正确的操作应该为给小车一个初速度，小车能够带动纸带匀速下滑．
（2）如果这位同学先如（1）中的操作，导致平衡摩擦力过度，因此当小车上还没有挂砂和砂桶时，小车应该就已经有加速度了，故图象ABD错误，C正确．
故选：C．
（3）由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，
设A到B之间的距离为x₁，以后各段分别为x₂、x₃、x₄，
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，
得：x₃-x₁=2a₁T² 
x₄-x₂=2a₂T² 
为了更加准确的求解加速度，我们对两个加速度取平均值
得：a=（a₁+a₂）
即小车运动的加速度计算表达式为：a=

(2.41+3.03?1.21?1.83)×0.01

4×(0.1)2

m/s²=0.60m/s²
（4）设绳子上拉力为F，则对小车利用牛顿第二定律得：
F=Ma   ①
对沙桶和沙有：
mg-F=ma   ②
联立①②得：F=

mg

1+ m M

，由此可知当M＞＞m时，可以减小实验误差，使绳的拉力近似等于沙和沙桶的重力，F≈mg．
故答案为：（1）不正确   （2）C
（3）0.60
（4）可以减小实验误差，使绳的拉力近似等于沙和沙桶的重力，F≈mg．