Question

某探究學習小組的同學要驗證“牛頓第二定律”,他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤．實驗首先保持軌道水平，通過調整砝碼盤里砝碼的質量讓小車做勻速運動以實現平衡摩擦力（傳感器讀數為零0），再進行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數據：小車、力傳感器和擋光板的總質量M，平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質量m0，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s.

(1)該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量？____(填“需要”或“不需要”)

(2)實驗需用游標卡尺測量擋光板的寬度d，如圖所示，d ＝________ mm.

(3)某次實驗過程：力傳感器的讀數為F，光電計時器記錄小車通過光電門1和2的擋光時間分別為t1、t2(小車通過光電門2后，砝碼盤才落地)，已知重力加速度為g，則該實驗要驗證的“牛頓第二定律”表達式是：____________________________．（用測量數據及已知量表示）

Answer 1

【知識點】驗證牛頓第二運動定律．C4

【答案解析】(1)不需要　(2)5.50　(3)F＝M 解析：①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．
②游標卡尺的主尺讀數為5mm，游標讀數等于0.05×10mm=0.50mm，

所以最終讀數為：5mm+0.50mm=5.50mm．
③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：，滑塊通過光電門2速度為： ，根據需要驗證的牛頓第二定律關系式為：F =Ma，

即：F = M

【思路點撥】（1）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．（2）游標卡尺讀數的方法是主尺讀數加上游標讀數，不需估讀．游標的零刻度線超過主尺上的刻度數為主尺讀數，游標讀數等于分度乘以對齊的根數．（3）光電門測速度的原理是用平均速度來代替瞬時速度，根據運動學基本公式求出加速度，從而求出“牛頓第二定律”表達式．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．