Question

2．如圖甲所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實驗裝置．他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導(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，由于遮光條的寬度很小，可認為遮光條通過光電門時速度不變．

（1）該同學(xué)用游標卡尺測量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d=2.25mm．
（2）實驗時，該同學(xué)用游標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)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t；
（3）下列不必要的一項實驗要求是A．
A．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠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)使細線與氣墊導(dǎo)軌平行
（4）改變鉤碼質(zhì)量，測出對應(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)系表達式F=$\frac{{M{d^2}}}{{2L{t^2}}}$．

Answer 1

分析 （1）游標卡尺讀數(shù)結(jié)果等于固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，不需要估讀；
（2）用極短時間內(nèi)的平均速度表示瞬時速度，滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度；
（3）從實驗原理和實驗誤差角度分析操作的步驟；
（4）根據(jù)運動學(xué)公式計算加速度，根據(jù)牛頓第二定律F=Ma計算表達式．

解答 解：（1）由圖知第5條刻度線與主尺對齊，d=2mm+5×0.05mm=2.25 mm；
（2）已知初速度為零，位移為L，要計算加速度，需要知道末速度，故需要由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間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錯誤．
故選：A．
（4）滑塊到達光電門的速度v=$\fracox1ksyp{t}$；
根據(jù)勻加速運動的速度位移的關(guān)系公式得：
a=$\frac{{v}^{2}-0}{2L}$=$\frac{83ok7kh^{2}}{2L{t}^{2}}$；
根據(jù)牛頓第二定律得到：
F=Ma=$\frac{Mwhqoxgc^{2}}{2L{t}^{2}}$；
故答案為：（1）2.25；（2）時間t；（3）A；（4）$\frac{{M{d^2}}}{{2L{t^2}}}$．

點評 本題要知道滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度．要求能夠根據(jù)實驗原理分析操作的合理性．