题目内容

16．为了探究加速度与力的关系，使用如图1所示的气垫导轨装置进行实验．其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间△t1、△t2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为x，牵引砝码的质量为m．回答下列问题：

（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，在不挂重物的情况下轻推滑块，如果得到△t1=△t2（选填“=”“＜”“＞”）就可以证明气垫导轨已经水平．
（2）若取M=0.4kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是D
A．m1=5g       B．m2=15g      C．m3=40g   D．m4=400g
（3）在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达为a=$\frac{{D}^{2}}{2x（△{t}_{2}）^{2}}$-$\frac{{D}^{2}}{2x{（△{t}_{1}）}^{2}}$（用△t1、△t2、D、x表示）．
（4）图2的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是C
A．小车与轨道之间存在摩擦
B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大
D．所用小车的质量太大．

分析 （1）当气垫导轨水平时，滑块做匀速直线运动，通过光电门的速度相等，即光电门的挡光时间相等．
（2）在实验中，认为m的重力等于滑块所受的合力，所以m的质量应远小于M的质量．
（3）根据${{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}=2ax$，结合$v=\frac{D}{△t}$求出加速度的表达式．
（4）图线AB段偏离直线，斜率变小，质量的倒数变小，因为所挂的钩码质量太大

解答 解：（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，在不挂重物的情况下轻推滑块，若滑块做匀速直线运动，即滑块通过光电门速度相等，则光电门的挡光时间相等，证明气垫导轨已经水平．
（2））在实验中，认为m的重力等于滑块所受的合力，所以m的质量应远小于M的质量．故选：D．
（3）滑块经过光电门的速度${v}_{2}=\frac{D}{△{t}_{2}}$，${v}_{1}=\frac{D}{△{t}_{1}}$，则根据据${{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}=2ax$，得a=$\frac{{D}^{2}}{2x（△{t}_{2}）^{2}}$-$\frac{{D}^{2}}{2x{（△{t}_{1}）}^{2}}$．
（4）对M和m整体分析，有：a=$\frac{mg}{M+m}$，则绳子的拉力F=Ma=$\frac{Mmg}{M+m}$，当m远小于M时，拉力等于m的重力，知图线的斜率表示M质量的倒数，当m比较大时，此时图线的斜率实际上表示M+m之和的倒数，所以图线斜率明显变小，偏离直线．故C正确，A、B、D错误．
故选：C．
故答案为：（1）=，（2）D，（3）a=$\frac{{D}^{2}}{2x（△{t}_{2}）^{2}}$-$\frac{{D}^{2}}{2x{（△{t}_{1}）}^{2}}$；（4）C

点评 解决本题的关键理解实验的原理，知道当m的质量远小于M的质量，m的重力可以认为等于M所受的合力．

练习册系列答案
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6．下列说法中的“快”，哪些是指加速度较大（　　）
A．从高速公路走，很快就能到；
B．刘翔跑的是比赛选手中最快的
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D．协和式客机能在20000m高空飞行得很快
7．如图所示，一质点自A点出发沿半径为r=4m的圆周，逆时针运动，经4s 运动$\frac{3}{4}$圆周到达B点．求：
（1）质点的位移和路程；
（2）质点的平均速度的大小．
4．如图所示，两平行金属导轨固定在水平面上，匀强磁场方向垂直导轨平面向下，金属棒ab、cd与导轨构成闭合回路且都可沿导轨无摩擦滑动．两棒ab、cd的质量相等．用一沿导轨方向的恒力F水平向右拉棒cd，经过足够长时间以后（　　）
A．棒cd上的电流方向是由c向d
B．棒cd所受安培力的大小等于$\frac{2F}{3}$
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11．将带电荷量为1×10-8 C的电荷，从无限远处移到电场中的A点，要克服静电力做功2×10-6 J，（取无限远处为电势零点）问：
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B．重物的位移为105m
C．重物先向上运动而后又向下运动
D．重物的速度先增大再不变最后减小

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