题目内容
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,其结构如图甲所示,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“验证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(与之连接的两个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
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/upload/201308/52849328226d1.png)
(1)用游标卡尺测量窄片K的宽度d=0.50cm(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=2.50×10-2s,t2=1.25×10-2s.则窄片K通过光电门Ⅰ时的速度为______
(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=______
(各量均用(1)(2)里的已知量的字母表示)
(3)该实验中,为了探究a与F的关系,要保持小车的质量M不变,这种探究方法叫______,有位同学通过测量,把砂和砂桶的重量当作小车的合外力F,作出a一F图线.如上图丙中的实线所示,试分析:
图线不通过坐标原点O的原因是______
图线上部弯曲的原因是______.
解:(1)窄片K通过光电门Ⅰ时的速度为:
.
故答案为:0.2m/s.
(2)根据题意有:
①
②
③
联立①②③解得:a=
.
故答案为:
.
(3)本实验中要验证:合外力、质量、加速度之间的关系,变量较多,因此采用“控制变量法”进行,由图丙可知,开始物体所受拉力为零时,却产生了加速度,故操作过程中平衡摩擦力时木板倾角过大,随着外力F的增大,砂和砂筒的质量越来越大,最后出现了不满满足远小于小车质量的情况,因此图线出现了偏折现象.
故答案为:控制变量法,平衡摩擦力时木板倾角过大,没有满足小车质量M运大于砂和砂筒的质量m.
分析:(1)窄片通过光电门的时间非常小,因此可以平均速度代替其通过的瞬时速度,据此可以求出窄片通过光电门I时的速度大小.
(2)小车做匀变速直线运动,根据速度和位移关系式:
,可以求出小车的加速度大小.
(3)本实验中变量比较多,因此采用“控制变量法”进行,在具体操作中要求正确平衡摩擦力,小车质量M运大于砂和砂筒的质量,否则将产生较大误差.
点评:对于课本中的基本力学实验,无论形式如何变化,只要根据所学基本物理知识,弄清其实验原理,即可找到解决问题的突破口.
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/latex/463632.png)
故答案为:0.2m/s.
(2)根据题意有:
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/latex/300579.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/latex/300580.png)
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/latex/463633.png)
联立①②③解得:a=
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/latex/463634.png)
故答案为:
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/latex/463634.png)
(3)本实验中要验证:合外力、质量、加速度之间的关系,变量较多,因此采用“控制变量法”进行,由图丙可知,开始物体所受拉力为零时,却产生了加速度,故操作过程中平衡摩擦力时木板倾角过大,随着外力F的增大,砂和砂筒的质量越来越大,最后出现了不满满足远小于小车质量的情况,因此图线出现了偏折现象.
故答案为:控制变量法,平衡摩擦力时木板倾角过大,没有满足小车质量M运大于砂和砂筒的质量m.
分析:(1)窄片通过光电门的时间非常小,因此可以平均速度代替其通过的瞬时速度,据此可以求出窄片通过光电门I时的速度大小.
(2)小车做匀变速直线运动,根据速度和位移关系式:
![](http://thumb.1010pic.com/pic5/latex/256725.png)
(3)本实验中变量比较多,因此采用“控制变量法”进行,在具体操作中要求正确平衡摩擦力,小车质量M运大于砂和砂筒的质量,否则将产生较大误差.
点评:对于课本中的基本力学实验,无论形式如何变化,只要根据所学基本物理知识,弄清其实验原理,即可找到解决问题的突破口.
![](http://thumb2018.1010pic.com/images/loading.gif)
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