Question

13．利用如图1所示装置做“探究质量一定时，加速度与力的关系”的实验，实验中用光电计时器替代打点计时器．研究物体运动时，光电计时器可以记录滑块M上的遮光片通过光电门的时间t．
（1）为了计算滑块通过光电门的速度，需要先用20分度的游标卡尺测量遮光片的宽度．如图2所示，遮光片的宽度d=6.35mm；
（2）先不挂钩码m，把木板左端垫高一些以平衡摩擦力，挂上钩码m牵引滑块M加速下滑，并认为滑块受到的合力等于钩码重力；
（3）某次实验中，测得滑块由静止释放的位置到光电门的距离为S、遮光片的宽度为d、挡光时间为t，则滑块的下滑加速度a=$\frac{{d}_{\;}^{2}}{2s{t}_{\;}^{2}}$；
（4）改变钩码的质量m（满足m＜＜M），滑块每次由同一位置静止释放，光电门计录对应时间t，多次实验测量，选择合适的横、纵坐标轴作为下列如图3图象，正确的是D．

Answer 1

分析 （1）游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读．
（2）知道光电门测量滑块瞬时速度的原理，根据运动学公式求出加速度．
（3）由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，根据动能定理表示出变量之间的关系求解．

解答 解：（1）游标卡尺的主尺读数为：0.6cm=6mm，游标尺上第7个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为7×0.05mm=0.35mm，所以最终读数为：6mm+0.35mm=6.35mm．
（2）极短时间内的平均速度表示瞬时速度，则
滑块经过光电门时的速度表达式$v=\frac{d}{t}$
根据运动学公式得滑块加速度的表达式$a=\frac{{v}_{\;}^{2}}{2s}=\frac{（\frac{d}{t}）_{\;}^{2}}{2s}$=$\frac{{d}_{\;}^{2}}{2s{t}_{\;}^{2}}$
（3）由题意可知，mgs=$\frac{1}{2}M（\frac{d}{t}）_{\;}^{2}$
解得：$\frac{1}{{t}_{\;}^{2}}=\frac{2gs}{M{d}_{\;}^{2}}m$，
则应作出$\frac{1}{{t}_{\;}^{2}}-m$图象，故D正确，ABC错误；
故选：D
故答案为：（1）6.35        （3）$\frac{{d}_{\;}^{2}}{2s{t}_{\;}^{2}}$       （4）D

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．