Question

2．利用打點計時器等裝置進行實驗“驗證牛頓第二定律”，已經選用的實驗器材有：電磁式打點計時器、細繩和紙帶、鉤碼和小車、一端有滑輪的長木板；

①該驗證實驗原理的重要科學思想是控制變量法．
②實驗室可提供器材：A．天平      B．低壓交流電源       C．低壓直流電源   D．秒表
E．刻度尺    F．游標卡尺
請根據實驗要求選取需要的器材（填字母序號即可，不定項選擇）ABE
③在實驗中，接通電源與讓紙帶隨物體開始運動，這兩個操作的先后順序應該是：A
A．先接通電源，后釋放紙帶
B．先釋放紙帶，后接通電源
C．釋放紙帶的同時接通電源
D．先釋放紙帶或先接通電源都可以
④如圖所示，某同學在實驗中，經過正確操作，得到表示小車運動過程的一條清晰紙帶，如圖所示：紙帶上兩相鄰計數(shù)點的時間間隔為T=0.10s，其中S₁=5.12cm、S₂=5.74cm、S₃=6.41cm、S₄=7.05cm、S₅=7.68cm、S₆=8.33cm，則打F點時小車的瞬時速度的大小是0.80m/s，加速度的大小是0.64m/s²（計算結果均保留兩位有效數(shù)字）．
⑤在驗證牛頓第二定律的實驗中，以下的作法和理由正確的是 （不定項選擇）：AD
A．使砂桶的質量m遠小于小車總質量M，是為了減小系統(tǒng)誤差
B．平衡摩擦力是為減少偶然誤差
C．采用描點畫圖象的方法處理數(shù)據，是為了減少系統(tǒng)誤差
D．采用逐差法處理數(shù)據，是為了減少偶然誤差
⑥如圖2所示為同學根據測量數(shù)據作出的a-F圖象，說明實驗存在的問題是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．

Answer 1

分析 在“探究牛頓第二定律”的實驗時紙帶實驗中，使用了控制變量法，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度和加速度，根據圖象分析截距的意義便可得到誤差產生的原因．

解答 解：（1）在“探究牛頓第二定律”的實驗時，有三個獨立變量，質量、合力、加速度；
先控制質量m一定，研究加速度a與合力F的關系；在控制合力F一定，研究加速度a與質量m的關系，使用了控制變量法；
（2）電磁打點計時器需使用低壓交流電源，在實驗中需測量紙帶上點跡的距離，以及小車的質量，所以需要刻度尺和天平，不需要秒表和游標卡尺．
故選：ABE．
（3）開始記錄時，應先給打點計時器通電打點，然后釋放紙帶讓紙帶（隨物體）開始運動，如果先放開紙帶開始運動，再接通打點計時時器的電源，由于重物運動較快，不利于數(shù)據的采集和處理，會對實驗產生較大的誤差；先打點再釋放紙帶，可以使打點穩(wěn)定，提高紙帶利用率，可以使紙帶上打更多的點，BCD不正確，A正確．
故選：A
（4）解：利用勻變速直線運動的推論得：
v₅=$\frac{{x}_{46}}{{t}_{46}}=\frac{0.0768+0.0833}{0.2}$=0.80m/s，
根據運動學公式采用逐差法求解加速度得：
a=$\frac{{s}_{6}+{s}_{5}+{s}_{4}-（{s}_{3}+{s}_{2}+{s}_{1}）}{9{t}^{2}}$=0.64m/s²．
（5）A、本實驗中采用砂桶帶動小車的運動，在數(shù)據的處理中，利用砂桶的重力提供小車的拉力；因桶本身有加速度，故應減小桶的本身合力，故應使桶的質量遠小于車的質量，故A正確；
B、平衡摩擦力是為減少偶然誤差，讓繩子的拉力等于小車受到的合力，故B錯誤；
C、采用描點畫圖象的方法處理數(shù)據，是為了減少偶然誤差，故C錯誤，D正確；
故選：AD
（6）由圖象可知，當小車有拉力時，仍然沒有產生了加速度，故在操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不夠．故答案為：沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不夠．
故答案為：（1）控制變量法；（2）ABE；（3）A；（4）0.80，0.64；（5）AD；（6）未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠．

點評 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的儀器、操作步驟和數(shù)據處理以及注意事項．
對于課本中基礎力學實驗，要到實驗室進行實際操作，這樣才能明確實驗步驟和具體的操作的含義．