Question

某學習小組的同學欲以如圖1裝置中的小車為對象“探究加速度與力、質量的關系”時，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊、細沙．當小車連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時，釋放小桶，小車處于靜止狀態．若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗，則：

（1）你認為還需要的實驗器材有______；
（2）實驗時為了保證小車受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質量應滿足的實驗條件是______，實驗時首先要做的步驟是______；
（3）該同學得到一條如圖2所示的一段紙帶，測得AB=3.82cm，BC=4.58cm．已知交變電流頻率是50Hz，則打B點時物體的瞬時速度為______m/s；小車的加速度a=______m/s²．

Answer 1

（1）實驗要驗證動能增加量和總功是否相等，故需要求出總功和動能，滑塊的拉力大小認為等于沙和沙桶的重力，因此需要天平測量沙和沙桶的質量以及滑塊的質量，用刻度尺測量計數點之間的距離從而求出滑塊的速度，故還要天平和刻度尺．
（2）設繩子上拉力為F，對小車根據牛頓第二定律有：F=Ma，對砂桶和砂有：mg-F=ma，由此解得：
F=

mg

1+ m M

，由此可知當M＞＞m時，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，所以若使繩子拉力近似等于沙和沙桶的重力，應滿足的條件是沙和沙桶的總質量遠小于滑塊的質量．
同是為了保證細線拉力等于滑塊所受的合外力，首先要將木板一端抬高，以平衡摩擦力．
（3）由于每相鄰兩個計數點間還有1個點，所以相鄰的計數點間的時間間隔T=0.04s，
根據勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上B點時小車的瞬時速度大小．
v_B=

xAC

2T

=

0.0382+0.0458

2×0.04

m/s=1.05m/s
根據勻變速直線運動的推論公式△x=aT²可以求出加速度的大小，
得：a=

xBC-xAB

T2

=

0.0458-0.0382

0.042

m/s2=4.75m/s²．
故答案為：（1）刻度尺、天平；（2）沙和沙桶的總質量遠遠小于小車的質量；平衡小車受到的摩擦力；（3）1.05；4.75．