Question

13．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G₁、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x，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，在不增加其他仪器的情况下，如何判断调节是否到位？
答：将滑行器自由放在导轨上，并轻推滑行器，看其能否做匀速运动．
（2）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．m=5g  B．m=15g
C．m=40g  D．m=400g
（3）在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度的表达式为$\frac{{{（\frac{D}{{△t}_{2}}）}^{2}-（\frac{D}{{△t}_{1}}）}^{2}}{2x}$．（用△t₁、△t₂、D、x表示）

Answer 1

分析 （1）明确实验原理以及气垫导轨装置的特点可正确解答；
（2）根据牛顿第二定律可以推导出滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等的条件，根据实验目的可知需要测量的数据；
（3）光电门测量滑块瞬时速度的原理是遮光条通过光电门的速度可以用平均速度代替即v=$\frac{d}{t}$，再根据运动学公式即可求出物体的加速度a．

解答 解：（1）气垫导轨可以认为是光滑的，在判断其是否水平时可以采取的方法是：接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，滑块基本保持静止说明导轨是光滑的，或接通气源，将滑块静置于气垫导轨上，轻推滑块，滑块能基本做匀速直线运动．
（2）在该实验中实际是：mg=（M+m）a，要满足mg=Ma，应该使砝码的总质量远小于滑块的质量．
若取M=0.4kg，改变m的值，进行多次实验，m₄=400g不能满足，故选：D．
（3）根据遮光条通过光电门的速度可以用平均速度代替得
通过第一个光电门的速度
v₁=$\frac{D}{{△t}_{1}}$
通过第二个光电门的速度
v₂=$\frac{D}{{△t}_{2}}$
根据运动学公式
则加速度为：a=$\frac{{{（\frac{D}{{△t}_{2}}）}^{2}-（\frac{D}{{△t}_{1}}）}^{2}}{2x}$
故答案为：（1）将滑行器自由放在导轨上，并轻推滑行器，看其能否做匀速运动 
（2）D    
（3）$\frac{{{（\frac{D}{{△t}_{2}}）}^{2}-（\frac{D}{{△t}_{1}}）}^{2}}{2x}$

点评 明确实验原理以及相应的物理规律，熟悉具体操作，提高应用基本物理规律解决问题的能力．