Question

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、停表、砝碼、彈簧測力計、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，必須采用

控制變量

法來完成該實驗．
（2）某同學的做法是：將長木板的一端墊小木塊構成一斜面，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，用停表記錄小車滑到斜面底端的時間．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，而不是記錄下滑相同時間所對應的下滑距離，這樣做的原因是

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小車的運動情況．如下圖是某同學得到的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個計數點（圖中每相鄰兩個計數點間還有4個打點計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，其零刻線和計數點O對齊．

由以上數據可計算打點計時器在打A、B、C、D、E各點時物體的瞬時速度，其中打E
點時的速度是

0.230

m/s．加速度的大小是

0.233

m/s²．（取三位有效數字）

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；做勻變速運動的物體在相鄰相等時間內的位移之差等于定值，△x=at²，據此求出小車的加速度．

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．
（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）計數點間的時間間隔t=0.02s×5=0.1s；打E點時的速度v_E=

DF

2t

=

0.0940-0.0480

2×0.1

=0.230m/s，
小車的加速度a=

EF-BC

3t2

=

0.0940-0.0720-(0.0300-0.0150)

3×0．12

≈0.233m/s²；
故答案為：（1）控制變量；（2）①改變小車所受的合外力；②記錄更準確；（3）0.230；0.233．

點評：驗證牛頓第二定律實驗應采用控制變量法，掌握勻變速直線運動的運動規律可以求出小車的瞬時速度與加速度．