Question

2． 太空中的物体处于完全失重状态，无法用天平直接测量其质量．为测定一小球的质量，将小球放在带有压力传感器的小车上，小车在电机带动下向右做匀加速运动，并通过速度传感器测出挡光片Ⅰ、挡光片Ⅱ经过速度传感器时的速度．通过计算机程序显示出小球的质量．
（1）根据题目的描述，请写出测量的实验原理由运动学公式求解加速度，再由牛顿第二定律求解质量
（2）若已经测得挡光片Ⅰ、Ⅱ通过速度传感器的速度分别为v₁、v₂，压力传感器的示数为F，则还需要测量的物理量是（并用字母表示）小球经过两个档光片所用的时间t
（3）请写出计算机编程显示质量的函数关系式（用上述物理量表示）$\frac{Ft}{{v}_{2}-{v}_{1}}$．

Answer 1

分析 由题意及仪器描述可知采用的测量原理，根据原理明确应测量的物理量，再由对应的物理规律求解质量的表达式．

解答 解：（1）根据题意可知，本实验要测量物体的质量，而通过压力传感器测出压力，根据传感器明确速度，故一定是采用牛顿第二定律及运动学结合的方法求解质量；先由运动学公式求解加速度，再由牛顿第二定律求解质量；
（2）要求解质量，应求解加速度，由题意可知，已知两点间的速度，则由v=v₀+at可知，还应测量经过这两个档光片所用的时间t；
（3）加速度a=$\frac{{v}_{2}-{v}_{1}}{t}$，由牛顿第二定律可知：F=ma；
m=$\frac{F}{a}$=$\frac{Ft}{{v}_{2}-{v}_{1}}$；
故答案为：（1）由运动学公式求解加速度，再由牛顿第二定律求解质量；（2）小球经过两个档光片所用的时间t；（3）$\frac{Ft}{{v}_{2}-{v}_{1}}$

点评 本题为探究型实验，要通过实验描述能找出实验原理，再结合给出的条件明确计算方法；对学生的分析问题能力要求较高．