Question

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，每个光电门都是由激光发射和接收装置组成．当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用如图所示装置设计一个“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是固定在木板上间距为L的两个光电门（与之连接的两个光电计时器没有画出）．可以装载钩码的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）该实验中，在改变小车的质量M或沙桶的总质量m时，始终要保持M＞＞m，这样做的目的是______．
（2）在某次测量中，窄片K的宽度d=8.00×10^-3m（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=4.0×10^-2s，t₂=2.0×10^-2s；用米尺测量两光电门的间距为L=0.40m，则小车的加速度大小a=______ m/s²．

Answer 1

【答案】分析：解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的仪器、操作步骤和数据处理以及注意事项．
为消除摩擦力对实验的影响，可以把木板的左端适当垫高，沙桶的总重力要远小于小车的重力，可使小车的合力近似等于沙桶总重力来测量．
光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法．由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
解答：解：（1）设小车的质量为M，沙桶的质量为m，根据牛顿第二定律得：
对m：mg-F_拉=ma
对M：F_拉=Ma
解得：F_拉=
当m＜＜M时，即当沙桶的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于沙桶的总重力．
这样做的目的是小车所受合外力大小等于（或约等于）mg．
（2）运用光电门测量瞬时速度：
v₁==0.2m/s
v₂==0.4m/s
小车的加速度大小a==0.15m/s²
故答案为：（1）小车所受合外力大小等于（或近似等于）mg
（2）0.15
点评：对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由．比如为什么要平衡摩擦力，为什么要先接通电源后释放纸带等．
这样问题我们要从实验原理和减少实验误差方面去解决．