Question

8．如图所示是某实验小组利用气垫导轨探究加速度与力的关系的装置．
（1）实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光片通过光电门B的时间t，若要得到滑块的加速度，还需要测量的两个物理量是遮光片的宽度d、遮光片到光电门B的距离L．
（2）下列不必要的一项要求是A（请填写选项前对应的字母）
A．应使滑块质量远大于小桶和力传感器的总质量
B．应使A位置与光电门B间的距离适当大些
C．应将气垫导轨调节水平
D．应使细线与气垫导轨平行
（3）多次改变小桶质量，测出对应的力传感器的示数F和遮光片通过光电门的时间t．研究滑块的加速度与力的关系，通过描点作图，作出$\frac{1}{{t}^{2}}-F$图象（选填“t²-F”、“$\frac{1}{t}$-F”、“$\frac{1}{{t}^{2}}$-F”）是线形图象．

Answer 1

分析 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．结合运动学公式得出所要测量的物理量．
用细线拉力表示合力，要考虑摩擦力的影响；最后根据牛顿第二定律与运动学公式结合，从而确定选取什么样的图象．

解答 解：（1）滑块通过光电门的瞬时速度v=$\frac{d}{t}$，根据速度位移公式得，a=$\frac{{v}^{2}}{2L}=\frac{{d}^{2}}{2L{t}^{2}}$，可知还需要测量的物理量是：挡光片的宽度d，遮光片到光电门B的距离L．
（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错误；
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正确；
C、要保持拉线方向与木板平面平行，拉力才等于合力，气垫导轨也调节水平，故C、D正确；
本题选择不必要的选项，故选：A．
（3）由题意可知，该实验中保持小车质量M不变，因此有：v²=2as，
瞬时速度v=$\frac{d}{t}$，
由牛顿第二定律，a=$\frac{F}{M}$，
则有：$\frac{{d}^{2}}{{t}^{2}}=2\frac{F}{M}L$，即为$\frac{1}{{t}^{2}}=\frac{2L}{M{d}^{2}}F$，
所以研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出$\frac{1}{{t}^{2}}-F$图线．
故答案为：（1）遮光片的宽度d，遮光片到光电门B的距离L，（2）A，（3）$\frac{1}{{t}^{2}}-F$．

点评 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，掌握牛顿第二定律与运动学公式的应用．