题目内容

1．为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过Gl、G2光电门时，光束被遮挡的时间△t1、△t2都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m．
回答下列问题：
（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其它仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：滑行器经过两个光电门的时间相等
（2）用上述装置“探究滑块的加速度与力的关系实验”
?若取M=0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是D
A．m1=5g　　　　B．　m2=15g　　　　C．m3=40g　　　　D．m4=400g
?在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：$\frac{（\frac{D}{△{t}_{2}}）^{2}-（{\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$（用△t1、△t2、D、S表示）
（3）若用上述装置做“探究恒力做功与滑块动能改变的关系”实验，需要直接测量的物理量是牵引砝码的质量m，滑块M，滑行器通过两光电门时光束被遮挡的时间△t1、△t2，探究结果的表达式是mgs=$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）2（用相应符号表示）
（4）某学习小组还想用此装置来“验证机械能守恒定律”，是否可行？是．如可行，写出需要验证的表达式mgs=mgs=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）2．

分析 （1）当气垫导轨水平时，滑块做匀速直线运动，通过光电门的速度相等，即光电门的挡光时间相等．
（2）在实验中，认为m的重力等于滑块所受的合力，所以m的质量应远小于M的质量．滑块经过光电门时的速度近似等于滑块经过光电门时的平均速度，由速度公式可以求出滑块的速度，然后由匀变速运动的速度位移公式求出滑块的加速度．
（3）“探究恒力做功与动能改变的关系”，则要知道恒力的大小，和小车的动能，所以要测量滑行器的质量M、砝码的质量m；要探究的结论是合外力做的功等于滑行器动能的变化量．
（4）验证机械能守恒定律的研究对象是滑行器和砝码组成的系统．

解答 解：（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，在不挂重物的情况下轻推滑块，若滑块做匀速直线运动，即滑块通过光电门速度相等，则光电门的挡光时间相等，证明气垫导轨已经水平．
（2））在实验中，认为m的重力等于滑块所受的合力，所以m的质量应远小于M的质量．故选D．
滑块经过光电门的速度v2=$\frac{D}{△{t}_{2}}$，v1=$\frac{D}{△{t}_{1}}$，由匀变速直线运动的速度位移公式得：v22-v12=2as，解得：a=$\frac{（\frac{D}{△{t}_{2}}）^{2}-（{\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$；
（3）由动能定理得：Fs=$\frac{1}{2}$Mv22-$\frac{1}{2}$Mv12，
研究对象是滑行器，拉力等于砝码的重力，即F=mg，
所以表达式为mgs=$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）2，所以要测量的物理量为：砝码的质量m，滑行器的质量M，
滑行器通过两光电门时光束被遮挡的时间△t1、△t2，两光电门之间的距离s；
（4）验证机械能守恒定律的研究对象是滑行器和砝码组成的系统，由能量守恒定律得：mgs=mgs=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）2；
故答案为：（1）滑行器经过两个光电门的时间相等；（2）D；$\frac{（\frac{D}{△{t}_{2}}）^{2}-（{\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$；（3）牵引砝码的质量m，滑块M，滑行器通过两光电门时光束被遮挡的时间△t1、△t2；mgs=$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）2；
（4）是；mgs=mgs=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）2．

点评 解决本题的关键理解实验的原理，知道当m的质量远小于M的质量，m的重力可以认为等于M所受的合力．“探究恒力做功与动能改变的关系”与“探究加速度与力、质量的关系”有很多类似之处，在平时学习中要善于总结、比较，提高对实验的理解能力．

练习册系列答案
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