题目内容

像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，每个光电门都是由激光发射和接收装置组成．当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用如图1所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”的实验，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上间距为l的两个光电门（与之连接的两个光电计时器没有画出）．小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2．
 
（1）用游标卡尺测量窄片K的宽度（如图2）d=
5.15×10-3
5.15×10-3
m（已知l＞＞d），光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t1=2.50×10-2s、t2=1.25×10-2s；
（2）用米尺测量两光电门的间距为l，则小车的加速度表达式a=
a=
(
t
2
1
-
t
2
2
)d2
2l
t
2
1
t
2
2
a=
(
t
2
1
-
t
2
2
)d2
2l
t
2
1
t
2
2
（各量均用（1）（2）里的已知量的字母表示）；
（3）该实验中，为了把砂和砂桶拉车的力当作小车受的合外力，就必须平衡小车受到的摩擦力，正确的做法是
不挂砂和砂桶，调节长木板的倾角，轻推小车让其下滑，直至两个光电计时器的读数相等为止
不挂砂和砂桶，调节长木板的倾角，轻推小车让其下滑，直至两个光电计时器的读数相等为止
；
（4）某位同学通过测量，把砂和砂桶的重量当作小车的合外力F，作出a-F图线．如图3中的实线所示．试分析：图线不通过坐标原点O的原因是
平衡摩擦力时木板倾角太大
平衡摩擦力时木板倾角太大
；曲线上部弯曲的原因是
没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量
没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量
．
分析：（1）游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读．
（2）小车做匀变速直线运动，根据速度v=
d
t
和位移关系v2-v02=2as可以求出加速度的大小；
（3）注意平衡摩擦力的原理，利用重力沿斜面的分力来平衡摩擦力，若物体能匀速运动则说明恰好平衡了摩擦力；
（4）根据图象特点结合牛顿第二定律可正确解答．
解答：解：（1）根据图（3）可知，主尺的读数为5mm，游标尺上第0个刻度与主尺上某一刻度对齐，因此最后读数为：5mm+3×0.05mm=5.15mm=5.15×10-3m
（2）窄片K的宽度很小，可以利用平均速度来代替瞬时速度，因此有：
   v1=
d
t1
   v2=
d
t2
根据速度与位移关系可知小车的加速度大小为：a=
v
2
2
-
v
2
1
2l
由上三式可解得：a=
(
t
2
1
-
t
2
2
)d2
2l
t
2
1
t
2
2

（3）根据物体平衡条件进行平衡摩擦力，具体操作为：在不挂砂和砂桶的情况下将木板一端抬高，当小车能够匀速下滑时说明已经平衡摩擦力．
所以在不挂砂和砂桶的情况下将木板一端抬高，当小车能够匀速下滑时说明已经平衡摩擦力．
（4）由图2可知，开始物体所受拉力为零时，却产生了加速度，故操作过程中平衡摩擦力时木板倾角过大．
所以：平衡摩擦力时木板倾角过大（或平衡摩擦力过度），
根据牛顿第二定律，可知曲线上部弯曲的原因是：没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．
故答案为：（1）5.15×10-3m   
    （2）a=
(
t
2
1
-
t
2
2
)d2
2l
t
2
1
t
2
2

（3）不挂砂和砂桶，调节长木板的倾角，轻推小车让其下滑，直至两个光电计时器的读数相等为止．
（4）平衡摩擦力时木板倾角太大；没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．
点评：对于课本中的基本力学实验，无论形式如何变化，只要根据所学基本物理知识，弄清其实验原理，熟练应用所学物理知识，即可找到解决问题的突破口．
练习册系列答案
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像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，其结构如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用图乙所示装置设计一个“验证物体运动的加速度与合外力、质量关系”的实验，图中NQ是水平桌面，PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门（与之连接的两个光电计时器没有画出）．小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2

（1）用游标卡尺测量窄片K的宽度d=0.50cm（已知L＞＞d）光电门1，2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t1=2.50×10-2s，t2=1.25×10-2s．则窄片K通过光电门Ⅰ时的速度为
0.2m/s
0.2m/s

（2）用米尺测量两光电门间距为L，则小车的加速度表达式a=
(t
2
1
-
t
2
2
)d2
2
Lt
2
1
t
2
2
(t
2
1
-
t
2
2
)d2
2
Lt
2
1
t
2
2

（各量均用（1）（2）里的已知量的字母表示）
（3）该实验中，为了探究a与F的关系，要保持小车的质量M不变，这种探究方法叫
控制变量法
控制变量法
，有位同学通过测量，把砂和砂桶的重量当作小车的合外力F，作出a一F图线．如上图丙中的实线所示，试分析：
图线不通过坐标原点O的原因是
平衡摩擦力时木板倾角过大
平衡摩擦力时木板倾角过大

图线上部弯曲的原因是
没有满足小车质量M运大于砂和砂筒的质量m
没有满足小车质量M运大于砂和砂筒的质量m
．
（2011?湖南模拟）像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图1所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用图2所示装置测量滑块经过斜面上相隔lm左右的两个光电门时的速度，图中MN是水平桌面，Q是木板与桌面的接触点，1和2是固定在木板上适当位置的两个光电门，与之连接的两个光电计时器没有画出．让滑块从木板的顶端滑下，光电门l、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.0×10-2s和2.0×10-2s．用游标卡尺测量小滑块的宽度d，示数如图3所示．
（1）读出滑块的宽度d=
5.015
5.015
cm；
（2）滑块通过光电门1的速度v1=
1.0
1.0
m/s（计算结果保留两位有效数字），滑块通过光电门2的速度v2=
2.5
2.5
m/s（计算结果保留两位有效数字）．
像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，其结构如图1所示．a、b分别是光电门的激光发射和接收装置如图2所示，当有物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现有一放在气垫导轨上的滑块通过光电门，用最小刻度为1mm的刻度尺测量滑块上挡光片的宽度d，示数如图3所示，则：
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vB vC vD vE vF
v/（m．s-1）
（1）读出挡光片的宽度为d=
 
cm
（2）滑块上换装了另一个宽度为3.0cm的遮光片，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字毫秒计记录了遮光板通过第一个光电门的时间为△t1=0.29s，通过第二个光电门的时间为△t2=0.11s，遮光板从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为△t=3.57s，则滑块的平均加速度约为：
A.1.8cm/s2，B.7.8cm/s2    C.9.0cm/s2    D以上结论都不对．
精英家教网I．一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中，使用两条不同的轻质弹簧 a和b，得到弹力与弹簧长度的图象如图所示．下列表述正确的是
 
．
A．a的原长比b的短；
B．a的劲度系数比b的大；
C．a的劲度系数比的小；
D．测得的弹力与弹簧的长度成正比；
II．像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，每个光电门都是由激光发射和接收装置组成．当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用如图所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”的实验，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上间距为L的两个光电门（与之连接的两个光电计时器没有画出）．可以装载钩码的小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t1和t2．精英家教网
①在某次测量中，用游标卡尺测量窄片K的宽度，游标卡尺如图所示，则窄片K的宽度d=
 
m（已知L＞＞d），光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t1=4.0×10-2s，t2=2.0×10-2s；
②用米尺测量两光电门的间距为L=0.40m，则小车的加速度大小a=
 
 m/s2；
III．有一个小灯泡上标有“4.8V、2W”的字样，现在测定小灯泡在不同电压下的电功率，并作出小灯泡的电功率P与它两端电压的平方U2的关系曲线．有下列器材可供选用：
A 电压表V1（0～3V，内阻3kΩ）　　 
B 电压表V2（0～15V，内阻15kΩ）
C 电流表A（0～0.6A，内阻约1Ω）
D 定值电阻R1=2kΩ
E 定值电阻R2=10kΩ
F 滑动变阻器R（10Ω，2A）
G 学生电源（直流5V，内阻不计）
H 开关、导线若干
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①为了使测量结果尽可能准确，实验中所用电压表应选用
 
；定值电阻应选用
 
．（均用序号字母填写）；
②为尽量减小实验误差，并要求从零开始多取几组数据，请在方框内画出满足实验要求的电路图；
③根据实验做出P-U2图象，下面的四个图象中可能正确的是
 
．
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