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Δt表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计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打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点迹的纸带，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，…。求出与不同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，在坐标纸上做出--m关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m处应成_________关系（填“线性”或“非线性”）。

（2）完成下列填空：

（ⅰ）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应满足的条件是________________。

（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s₁、s₂、s₃。a可用s₁、s₃和Δt表示为a=__________。图2为用米尺测量某一纸带上的s₁、s₃的情况，由图可读出s₁=__________mm，s₃=_________mm。由此求得加速度的大小a=__________m/s²。

（ⅲ）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间隔均匀；⑥线性．

（2）（ⅰ）远小于小车及其所载砝码总质量．

（ⅱ）；24．2mm；47．2mm；1．15；（ⅲ）;

【解析】

试题分析：（1）①平衡摩擦力的标准为小车可以匀速运动，打点计时器打出的纸带点迹间隔均匀．

⑥由，故，故与m成线性关系．

（2）（ⅰ）设小车的质量为M，小吊盘和盘中物块的质量为m，设绳子上拉力为F，以整体为研究对象有mg=（m+M）a

解得

以M为研究对象有绳子的拉力，显然要有F=mg必有m+M=M，故有M＞＞m，即只有M＞＞m时才可以认为绳对小车的拉力大小等于小吊盘和盘中物块的重力．所以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应该远小于小车及其所载砝码总质量．

（ⅱ）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3．由匀变速直线运动的推论得：△x=aT2

即s3-s1=2a（5△t）2

图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=24．2mm，s3=47．2mm．

由此求得加速度的大小．

（ⅲ）设小车质量为M，小车受到外力为F，由牛顿第二定律有F=（m+M）a；

所以，

所以，-m图象的斜率为，故，纵轴截距为，所以

考点：验证牛顿第二定律

【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