Question

4．如图甲所示是某同学探究加速度与力的关系的实验装置．他在气垫导轨上B处安装了一个光电门，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放．

（1）该同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d=2.25mm．
（2）下列实验要求不必要的是A．
A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
B．应使A位置与光电门间的距离适当大些
C．应将气垫导轨调节水平
D．应使细线与气垫导轨平行
（3）改变钩码的质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出$\frac{1}{{t}^{2}}-F$图象．（选填“t²-F”“$\frac{1}{t}$-F”或“$\frac{1}{t^2}$-F”）．

Answer 1

分析 （1）游标卡尺读数结果等于固定刻度读数加上可动刻度读数，不需要估读；
（2）从实验原理和实验误差角度分析操作的步骤；
（3）根据运动学公式计算加速度，根据牛顿第二定律F=Ma计算表达式，从而确定研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作什么图象．

解答 解：（1）由图知第5条刻度线与主尺对齐，d=2mm+×0.05mm=2.25mm；
（2）A、拉力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故A正确；
B、应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B错误
C、应将气垫导轨调节水平，使拉力才等于合力，故C错误
D、要保持拉线方向与木板平面平行，拉力才等于合力，故D错误；
故选：A．
（3）由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v²=2as，
其中：
v=$\frac{d}{t}$，
a=$\frac{F}{M}$，
解得：
$\frac{{d}^{2}}{{t}^{2}}=2\frac{F}{M}L$，
整理得：
$F=\frac{{Md}^{2}}{{2Lt}^{2}}$，
所以研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出$\frac{1}{{t}^{2}}-F$图象．
故答案为：（1）2.25；
（2）A；
（3）$\frac{1}{t^2}-F$；

点评 常用仪器的读数要掌握，这是物理实验的基础．处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项．