Question

19．某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理．
（1）将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离S=50.0cm；
（2）测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间△t₁和△t₂，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M；
（3）该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块的质量？否（填“是”或“否”）

Answer 1

分析 （1）先明确刻度尺的分度值，读数时注意估读一位；
（2）光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可以求出需要验证的关系式，进而得到还需要测量的物理量；
（3）该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．

解答 解：（1）光电门1处刻度尺读数为：20.3cm，光电门2处刻度尺读数为：70.3cm，故两光电门中心之间的距离s=70.3cm-20.3cm=50.0cm；
（2）由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
滑块通过光电门1速度为：v₁=$\frac{d}{{t}_{1}}$
滑块通过光电门2速度为：v₂=$\frac{d}{{t}_{2}}$
根据功能关系需要验证的关系式为：Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{1}}$）²
可见还需要测量出M，即滑块、挡光条和拉力传感器的总质量；
（3）该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
故答案为：（1）50.0；（2）滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M；（3）否．

点评 了解光电门测量瞬时速度的原理，实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面，同时明确实验原理是解答实验问题的前提．