Question

16．實驗室給同學們提供了如下實驗器材：滑輪小車、小木塊、長木板、秒表、砝碼、彈簧秤、直尺，要求同學們用它們來粗略驗證牛頓第二定律．

（1）實驗中因涉及的物理量較多，須采用控制變量的方法來完成該實驗，即：先保持合外力不變，驗證物體質量越小加速度越大；再保持質量不變，驗證物體所受合外力越大，加速度越大．
（2）某同學的做法是：將長木板的一端放在小木塊上構成一斜面，用小木塊改變斜面的傾角，保持滑輪小車的質量不變，讓小車沿不同傾角的斜面由頂端無初速釋放，如圖1用秒表記錄小車滑到底端的時間．試回答下列問題：
①改變斜面傾角的目的是改變小車所受的合外力；
②用秒表記錄小車下滑相同距離（從斜面頂端到底端）所花的時間，而不是記錄下滑相同時間所對應的下滑距離，這樣做的好處是記錄更準確．
（3）如果要較準確地驗證牛頓第二定律，則需利用打點計時器來記錄滑輪小車的運動情況．某同學得到一條用打點計時器打下的紙帶，并在其上取了O、A、B、C、D、E、F共7個計數(shù)點（圖3中每相鄰兩個記數(shù)點間還有四個打點記時器打下的點未畫出），打點計時器接的是50Hz的低壓交流電源．他將一把毫米刻度尺放在紙上，其零刻度和記數(shù)點O對齊．
表是某同學從刻度尺上直接讀取數(shù)據(jù)的記錄表

線段	OA	OB	OC	OD	OE	OF
數(shù)據(jù)（cm）	0.54	1.53	2.92	4.76	7.00	9.40

①由以上數(shù)據(jù)可計算出打點計時器在打A、B、C、D、E各點時物體的速度，如表所示．
請在表中填出E點的速度

各點速度	VA	VB	VC	VD	VE
數(shù)據(jù)（×10-2m/s）	7.70	12.0	16.2	20.4

②試根據(jù)表格中數(shù)據(jù)和你求得的E點速度在下面所給的坐標中，作出v-t圖象如圖2．要求標明坐標及其單位，坐標的標度值大小要取得合適，使作圖和讀數(shù)方便，并盡量充分利用坐標紙．從圖象中求得物體的加速度a=0.42m/s²（取兩位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 驗證牛頓第二定律實驗需要應用控制變量法，改變木板的傾角可以改變小車受到的合力；用秒表記錄小車在相同位移內的運動時間便于實驗操作；做勻變速運動的物體在某段時間內的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度；根據(jù)v-t圖象的斜率求出小車的加速度．

解答 解：（1）實驗中因涉及的物理量較多，必須采用控制變量法來完成該實驗．
實驗中因涉及的物理量較多，須采用控制變量的方法來完成該實驗，即：先保持合外力不變，驗證物體質量越小加速度越大；再保持質量不變，驗證物體所受合外力越大，加速度越大．
（2）①改變斜面傾角可以改變小車所受到的合外力．
②用停表記錄小車下滑相同距離（從斜面頂端到底端）所經歷的時間，便于實驗操作，較難記錄下滑相同時間所對應的下滑距離
（3）
②計數(shù)點間的時間間隔t=0.02s×5=0.1s；打E點時的速度v_E=$\frac{{X}_{DF}}{2t}$=0.230m/s，
③作出v-t圖象．


根據(jù)圖象的斜率得出小車的加速度a=$\frac{△v}{△t}$=0.42m/s²；
故答案為：（1）合外力，質量；質量，所受合外力．
（2）①改變小車所受的合外力；②記錄更準確）
（3）①0.232  ②0.42

點評 本題考查對刻度尺的規(guī)范讀數(shù)以及包括圖象法在內的多種數(shù)據(jù)處理方法的掌握情況；
考查學生的實驗設計以及對已有的實驗設計的理解能力與水平以及實驗探究能力．