Question

某同學(xué)設(shè)計(jì)了用光電門傳感器“探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質(zhì)量m關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．
（1）如圖甲所示，在小車上固定寬度為L的擋光片，將兩個(gè)光電門傳感器固定在相距為d的軌道上，釋放小車，傳感器記錄下小車經(jīng)過光電門的時(shí)間△t₁、△t₂，可以測得小車的加速度a=

 

（用題中的符號(hào)L、d、△t₁、△t₂表示），用游標(biāo)卡盡測得擋光片的寬度L如圖乙所示，則L=

 

mm
（2）在該實(shí)驗(yàn)中必須采用

 

法（填物理方法），應(yīng)保持

 

不變，通過改變鉤碼的個(gè)數(shù)來改變小車所受的拉力大小，研究加速度a隨拉力F變化的規(guī)律．
（3）該同學(xué)多次重復(fù)測量，作出a-F圖，如圖丙所示，發(fā)現(xiàn)該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，分析可能原因?yàn)?!--BA-->

 

，此圖線的BC段明顯偏離直線，分析可能的原因?yàn)?!--BA-->

 

．（均選填“A、B、C或D”）
A．軌道保持了水平狀態(tài)   B．軌道右端墊的過高    C．軌道左端墊的過高
D．所用小車的質(zhì)量太大   E．所掛鉤碼的總質(zhì)量太大

Answer 1

分析：由于遮光條通過光電門的時(shí)間極短，可以用平均速度表示瞬時(shí)速度，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式求出滑塊的加速度．
在“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，通過控制變量法，先控制m一定，驗(yàn)證a與F成正比，再控制F一定，驗(yàn)證a與m成反比；實(shí)驗(yàn)中用砂和砂桶的重力代替小車的合力，故要通過將長木板右端墊高來平衡摩擦力和使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量來減小實(shí)驗(yàn)的誤差！

解答：解：（1）數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄通過光電門的時(shí)間，由位移公式計(jì)算出物體通過光電門的平均速度，
用該平均速度代替物體的瞬時(shí)速度，故在遮光條經(jīng)過光電門時(shí)滑塊的瞬間速度為：v₁=

L

△t1

與v₂=

L

△t2

；
根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式v₂²-v₁²=2ad；
解得：a=

v22-v12

2d

=

( L △t2 )2-( L △t1 )2

2d

游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5mm，游標(biāo)讀數(shù)是0×0.1mm=0.0mm，故最后讀數(shù)為：5mm+0.0mm=5.0mm．
（2）在本實(shí)驗(yàn)操作中，采用了“控制變量法”，即先保持一個(gè)變量不變，看另外兩個(gè)變量之間的關(guān)系，具體操作是：先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變小車受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者間的關(guān)系．
（3）開始當(dāng)小車掛上重物時(shí)，加速度卻為零，線性圖象不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，故導(dǎo)致圖象不過原點(diǎn)的原因是木板傾角偏小．即說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．故選：A．
此圖線的BC段明顯偏離直線向下彎曲，說明隨鉤碼質(zhì)量的增加，不再滿足a隨F的增加線性增大；造成此誤差的主要原因未滿足小車的質(zhì)量大于大于鉤碼的質(zhì)量．故選：E．
故答案為：（1）

( L △t2 )2-( L △t1 )2

2d

；5.0；（2）控制變量法；小車質(zhì)量；（3）A；E．

點(diǎn)評：常用儀器的讀數(shù)要掌握，這是物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)．處理實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要找出實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項(xiàng)．
利用勻變速直線的規(guī)律以及推論解答實(shí)驗(yàn)問題，在平時(shí)練習(xí)中要加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的理解與應(yīng)用，提高解決問題能力．
實(shí)驗(yàn)用控制變量法，本實(shí)驗(yàn)只有在滿足平衡摩擦力和小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶質(zhì)量的雙重條件下，才能用砂和砂桶重力代替小車所受的合力！