Question

11．隨著科技的發(fā)展，傳感器走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室使實(shí)驗(yàn)變得更簡(jiǎn)單、更嚴(yán)密．某研究性學(xué)習(xí)小組為了更簡(jiǎn)單更準(zhǔn)確地探究加速度與力的關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)中使用了力傳感器和光電門(mén)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示．其中G₁、G₂為兩個(gè)光電門(mén)，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑塊通過(guò)G₁、G₂光電門(mén)時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間△t₁、△t₂都可以被測(cè)量并記錄．滑塊左邊固定一個(gè)力傳感器，通過(guò)力傳感器可以得到左邊細(xì)線的拉力大小F．滑塊連同上面固定的力傳感器以及條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門(mén)間距離為S，牽引砝碼的質(zhì)量為m．

（1）在此實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)得每一次不同牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為：$\frac{{（\frac{D}{△{t}_{2}}）}^{2}-{（\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$（用△t₁、△t₂、D、S表示）．
（2）該小組完成實(shí)驗(yàn)后，與同學(xué)交流并對(duì)結(jié)論的可靠性進(jìn)行評(píng)估，交流過(guò)程中提出幾個(gè)思考，其中正確的說(shuō)法是：AB．
A．擋光片適當(dāng)變窄，有利于提高實(shí)驗(yàn)精確度
B．實(shí)驗(yàn)中使用了力傳感器，所以不必記錄m的值
C．實(shí)驗(yàn)中雖然使用了力傳感器，但仍然需要使m遠(yuǎn)小于M
D．滑塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力不會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)系統(tǒng)誤差，所以不必平衡摩擦力．

Answer 1

分析 （1）光電門(mén)測(cè)量滑塊瞬時(shí)速度的原理是遮光條通過(guò)光電門(mén)的速度可以用平均速度代替即v=$\fracxpnb9fx{t}$，再根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式即可求出物體的加速度a；
（2）本題中利用平均速度等效替代瞬時(shí)速度，換用寬度更窄的遮光條可以減小誤差，該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)出繩子拉力大小，不是用重物的重力作為小車(chē)的拉力．

解答 解：（1）根據(jù)遮光條通過(guò)光電門(mén)的速度可以用平均速度代替，
通過(guò)第一個(gè)光電門(mén)的速度
v₁=$\frac{D}{△{t}_{1}}$
通過(guò)第二個(gè)光電門(mén)的速度
v₂=$\frac{D}{△{t}_{2}}$
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式$2as={{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}$得：a=$\frac{{{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}}{2s}$=$\frac{{（\frac{D}{△{t}_{2}}）}^{2}-{（\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$
（2）A、本題中利用平均速度等效替代瞬時(shí)速度，盡量減小計(jì)算平均速度的位移，即換用寬度更窄的遮光條可以減小誤差，提高實(shí)驗(yàn)精確度，故A正確；
B、該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)出繩子拉力大小，不是用重物的重力作為小車(chē)的拉力，故不需要滿足m遠(yuǎn)小于M，也不需要測(cè)量m的值，故B正確，C錯(cuò)誤；
D、要使繩子的拉力等于滑塊的合力，需要平衡摩擦力，故D錯(cuò)誤．
故選：AB
故答案為：（1）$\frac{{（\frac{D}{△{t}_{2}}）}^{2}-{（\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$；（2）AB

點(diǎn)評(píng) 了解光電門(mén)測(cè)量瞬時(shí)速度的原理，實(shí)驗(yàn)中我們要清楚研究對(duì)象和研究過(guò)程，對(duì)于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時(shí)明確實(shí)驗(yàn)原理是解答實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的前提，知道減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法．