Question

18．如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置．他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，力傳感器可直接測出繩中拉力，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放．氣墊導(dǎo)軌摩擦阻力很小可忽略不計(jì)，由于遮光條的寬度很小，可
認(rèn)為遮光條通過光電門時(shí)速度不變．
（1）該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d=2.25mm．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，將滑塊從A位置由靜止釋放，測量遮光條到光電門的距離L，若要得到滑塊的加速度，還需由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t；
（3）下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是A
A．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量
B．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些
C．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平
D．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行
（4）改變鉤碼質(zhì)量，測出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F，已知滑塊總質(zhì)量為M，用（2）問中已測物理量和已給物理量寫出M和F間的關(guān)系表達(dá)式F=$\frac{Mbn3sy31^{2}}{2L{t}^{2}}$．

Answer 1

分析 （1）游標(biāo)卡尺讀數(shù)結(jié)果等于固定刻度讀數(shù)加上可動(dòng)刻度讀數(shù)，不需要估讀；
（2）用極短時(shí)間內(nèi)的平均速度表示瞬時(shí)速度，滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度；
（3）從實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)誤差角度分析操作的步驟；
（4）根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算加速度，根據(jù)牛頓第二定律F=Ma計(jì)算表達(dá)式．

解答 解：（1）由圖知第5條刻度線與主尺對(duì)齊，d=2mm+5×0.05mm=2.25 mm；
（2）已知初速度為零，位移為L，要計(jì)算加速度，需要知道末速度，故需要由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t；
（3）A、拉力是直接通過傳感器測量的，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故A正確．
B、應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B錯(cuò)誤．
C、應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，使拉力才等于合力，故C錯(cuò)誤．
D、要保持拉線方向與氣墊導(dǎo)軌平行，拉力才等于合力，故D錯(cuò)誤．
故選：A．
（4）滑塊到達(dá)光電門的速度v=$\frack13gld1{t}$；
根據(jù)勻加速運(yùn)動(dòng)的速度位移的關(guān)系公式得：a=$\frac{{v}^{2}-0}{2L}$=$\frac{sqgdz87^{2}}{2L{t}^{2}}$；
根據(jù)牛頓第二定律得到：F=Ma=$\frac{Mj6u1en1^{2}}{2L{t}^{2}}$；
故答案為：（1）2.25；（2）時(shí)間t；（3）A；（4）$\frac{Ml12tq6a^{2}}{2L{t}^{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，本題要知道滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度．要求能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分析操作的合理性．