Question

4．某学习小组用图甲所示的实验装置探究“动能定理”．他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，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）某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d=mm．
（2）下列实验要求中不必要的一项是（请填写选项前对应的字母）．
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．应将气垫导轨调至水平
D．应使细线与气垫导轨平行
（3）实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变，改变钩码质量m，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，研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图象是（请填写选项前对应的字母）．
A．作出“t-F图象”
B．作出“t²-F图象”
C．作出“t²-$\frac{1}{F}$图象”
D．作出“$\frac{1}{t}-{F^2}$图象”

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+6×0.05mm=2.30mm；
（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不必要；
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是必要的；
C、应将气垫导轨调节水平，保持拉线方向与木板平面平行，这样拉力才等于合力，故CD是必要的；
本题选不必要的，故选：A．
（3）根据牛顿第二定律得a=$\frac{F}{M}$，
那么$（\frac{d}{t}）^{2}=2（\frac{F}{M}）L$
解得：t²=$\frac{M{d}^{2}}{2LF}$
所以研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出$\frac{1}{{t}^{2}}-F$图象或作出t²-$\frac{1}{F}$图象，故C正确．
故选：C
故答案为：（1）2.30；（2）A；（3）C

点评 本题要知道滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度．要求能够根据实验原理分析操作的合理性．