Question

19．某學習小組利用如圖所示的裝置驗證動能定理．
（1）將氣墊導軌調至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離S=50.0cm；
（2）測量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間△t₁和△t₂，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量M；
（3）該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質量遠小于滑塊的質量？否（填“是”或“否”）

Answer 1

分析 （1）先明確刻度尺的分度值，讀數時注意估讀一位；
（2）光電門測速度的原理是用平均速度來代替瞬時速度，根據功能關系可以求出需要驗證的關系式，進而得到還需要測量的物理量；
（3）該實驗中由于已經用傳感器測出繩子拉力大小，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量．

解答 解：（1）光電門1處刻度尺讀數為：20.3cm，光電門2處刻度尺讀數為：70.3cm，故兩光電門中心之間的距離s=70.3cm-20.3cm=50.0cm；
（2）由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度．
滑塊通過光電門1速度為：v₁=$\fraczfnhsn8{{t}_{1}}$
滑塊通過光電門2速度為：v₂=$\fracd8z3nev{{t}_{2}}$
根據功能關系需要驗證的關系式為：Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\fraczymazgl{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\fracyypkt3d{{t}_{1}}$）²
可見還需要測量出M，即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量；
（3）該實驗中由于已經用傳感器測出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量．
故答案為：（1）50.0；（2）滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量M；（3）否．

點評 了解光電門測量瞬時速度的原理，實驗中我們要清楚研究對象和研究過程，對于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時明確實驗原理是解答實驗問題的前提．