Question

图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图，图中打点计时器的电源为50Hz的交流电源，打点的时间间隔用表示。在小车质量未知的情况下，某同学涉及了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。

（1）完成下列实验步骤中的填空：

①平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_________的点。

②按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。

③接通打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m．

④按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤③

⑤在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点，测量相邻计数点的间距s₁，s₂，…求出不同m相对应的加速度a

⑥以砝码的质量m为横坐标，为纵坐标，在坐标纸上做关系图线，若加速度与小车和砝码的总质量成正比，则与m处应成______关系（填“线性”或“非线性”）

（2）完成下列填空：

①本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和_________小车质量（填“<”“=”“<<”或“>>”）

②设纸带上三个相邻计数点的间距为s₁、s₂、s₃，a可用s₁、s₃和表示a=______。图2为用米尺测量某一纸带上的s₁、s₃情况，由图可读出s₁=______mm，s₃=_______mm，由此可得加速度的大小a=______m/s²．

③图3为所得实验图线的示意图，设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_______，小车的质量为_______．

Answer

（1）①等间距 ⑥线性 （2）①<< ②, 24．2mm,47．2mm,1．15m/s2③,

【解析】试题分析:（1）①在平衡摩擦力时，应小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列均匀的点，则此时说明小车做匀速运动；⑥由牛顿第二定律：F=ma可知：，在F一定时，与m成正比，与m成线性关系．

（2）①探究牛顿第二定律实验时，当小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车和车中砝码的总质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于小吊盘和盘中物块受到的重力，认为小车受到的拉力不变．②两个相邻计数点之间还有4个点，打点计时器的打点时间间隔为△t，计数点间的时间间隔：t=5△t,由匀变速直线运动的推论：△x=at2可知加速度为：，由图示刻度尺可知：s1=3．67-1．25=2．42cm=24．2mm，s3=12．02-7．30=4．72cm=47．2mm，由图示纸带可知：t=0．02×5=0．1s，加速度为：．

③设小车质量为M，由牛顿第二定律得：F=（M+m）a，则，由图示图象可知：，则拉力：，，则：．

考点：考查验证牛顿第二运动定律．

【名师点睛】实验问题要掌握实验原理、注意事项和误差来源；遇到涉及图象的问题时，要先根据物理规律写出关于纵轴与横轴的函数表达式，再根据斜率和截距的概念求解即可．