Question

Ⅰ．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，其结构如图甲如示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“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是固定在木板上的两个光电门（与之连接的两上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（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、t₂．则窄片K通过光电门1的速度表达式v₁=______．
（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=______．
（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_______．
（4）实验中，有位同学通过测量，把砂和砂桶的重力当作小车的合外力F，作出a-F图线，如图丙中的实线所示．试分析：图线不通过坐标原点O的原因是______；曲线上部弯曲的原因______．

Ⅱ．（1）电磁打点计时器是一种计时的仪器，使用时要注意调节好振针的高度，如果振针的位置过低，打出的纸带的点迹是______，还会对纸带产生______，对实验结果有较大的影响．利用打点计时器和如图1的其它器材可以开展多项实验探究，其主要步骤如下：
a、按装置安装好器材并连好电路
b、接通电源，释放纸带，让重锤由静止开始自由下落
c、关闭电源，取出纸带．更换纸带，重复步骤b，打出几条纸带
d、选择一条符合实验要求的纸带，数据如图2（相邻计数点的时间为T），
（2）进行数据处理

①若是探究重力做功和物体动能的变化的关系．需求出重锤运动到各计数点的瞬时速度，试表示在B点时重锤运动的瞬时速度V_B=______．
②若是测量重力加速度g．为减少实验的偶然误差，采用逐差法处理数据，则加速度大小可以表示为g=______．
③如果求出的加速度值与当地重力加速度公认的值g′有较大差距，说明实验过程存在较大的阻力，若要测出阻力的大小，则还需测量的物理量是______．试用这些物理量和纸带上的数据符号表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小F=______．

Answer 1

解：（1）由于窄片K的宽度为d很小，因此可以利用其平均速度代替物体的瞬时速度，故窄片K通过光电门1的速度表达式为：v₁=
（2）窄片K通过光电门2的速度表达式：v2=
根据运动学公式v²-v₀²=2as有：a==
（3）在该实验中，平衡摩擦力的思路是：抬高木板一端，让小车的重力沿斜面分力与摩擦力平衡，当观察到小车匀速运动时，说明摩擦力已经被平衡，故具体操作是：不挂砂和砂桶，调节长木板的倾角，轻推小车让其下滑，直至两个光电门的读数相等为止．
（4）根据丙图可知，当没有挂砂和砂桶时，小车产生了加速度，因此说明平衡摩擦力时木板倾角太大；随着F的增大，即砂和砂桶质量的增大，不在满足砂和砂桶远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象．
Ⅱ．（1）如果振针的位置过低，打出的纸带的点迹是短线，还会对纸带产生较大阻力；
（2）：①在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，故B点的速度为：
V_B=
②利用匀变速直线运动的推论相邻相等时间内的位移差△x=at²
所以，x_m-x_n=（m-n）aT²，本着有效利用数据，采用求平均值的办法减小误差的办法，
本实验中，g=
③还需要测量的物理量是重锤的质量m．
重物下落过程中受重力mg和阻力F，根据牛顿第二定律得：
F_合=mg-F=mg′
∴F=mg-mg′=m〔g′-〕
故答案为：Ⅰ．（1） （2）
（3）不挂砂和砂桶，调节长木板的倾角，轻推小车让其下滑，直至两个光电门的读数相等为止．
（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．
Ⅱ．（1）短线，较大阻力，
（2）①．②．
③重锤的质量m，m〔g′-〕
分析：Ⅰ．（1）利用光电门测速度时是利用了平均速度代替瞬时速度的原理；
（2）根据运动学公式v²-v₀²=2as，可以写出加速度的表达式；
（3）该实验中是通过把木板一端抬高，让小车的重力沿斜面的分力与摩擦力平衡的方法进行的；
（4）根据牛顿第二定律结合图象特点即可正确解答．
Ⅱ．
①在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，据此可以求出C点的速度大小
②采用逐差法可有效利用数据，再采用求平均值的办法可更好地减小误差
③重物下落过程中受重力和阻力，根据牛顿第二定律求出平均阻力大小．
点评：对于实验问题一定要明确实验原理，并且亲自动手实验，熟练应用所学基本规律解决实验问题．