Question

為了探究加速度與力的關系，使用如圖所示的氣墊導軌裝置進行實驗．其中G₁、G₂為兩個光電門，它們與數字計時器相連，當滑行器通過G₁、G₂光電門時，光束被遮擋的時間△t₁、△t₂都可以被測量并記錄．滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質量為m₁，擋光片寬度為D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質量為m₂．回答下列問題：

（1）實驗開始應先調節氣墊導軌下面的螺釘，使氣墊導軌水平，在不增加其它儀器的情況下，如何判定調節是否到位？答：

 

．
（2）下列說法正確的是

 

．
A．實驗時應先釋放小車后接通電源
B．本實驗m₂應遠大于m₁
C．本實驗m₁應遠小于m₂
D．在用圖象探究加速度與質量關系時，應作a-

1

m1

圖象
（3）在此實驗中，需要測得每一個牽引力對應的加速度，其中求得的加速度的表達式為：

 

．（用△t₁、△t₂、D、s表示）

Answer 1

分析：（1）當氣墊導軌水平時，滑塊做勻速直線運動，通過光電門的速度相等，即光電門的擋光時間相等．
（2）在實驗中，先接通電源后釋放小車；認為m₂的重力等于滑塊所受的合力，所以m₂的質量應遠小于m₁的質量．
（3）滑塊經過光電門時的速度近似等于滑塊經過光電門時的平均速度，可由v=

D

△t

求出，然后由勻變速運動的速度位移公式求出滑塊的加速度．

解答：解：（1）實驗開始應先調節氣墊導軌下面的螺釘，在不掛重物的情況下輕推滑塊，若滑塊做勻速直線運動，即滑塊通過光電門速度相等，則光電門的擋光時間相等，證明氣墊導軌已經水平．
（2）A、在實驗時應先接通電源后釋放小車，故A錯誤；
B、本實驗m₂應遠小于m₁，故BC錯誤；
D、在用圖象探究加速度與質量關系時，應作a-

1

m1

圖象，故D正確；
故選：D．
實驗中，認為m的重力等于滑塊所受的合力，所以m的質量應遠小于M的質量．故選D．
（3）由于擋光片通過光電門的時間很短，所以可以認為擋光片通過光電門的瞬時速度等于這段時間內的平均速度，即有v₁=

D

△t1

，v₂=

D

△t2

，
再根據運動學方程

v

2 2

-

v

2 1

=2as
解得：a=

( D △t2 )2-( D △t1 )2

2s

．
故答案為：（1）取下牽引砝碼，M放在任意位置都不動；或取下牽引砝碼，輕推滑行器M，數字計時器記錄每一個光電門的光束被擋的時間△t都相等．
（2）D；
（3）a=

( D △t2 )2-( D △t1 )2

2s

．

點評：解決本題的關鍵理解實驗的原理，知道當m的質量遠小于M的質量，m的重力可以認為等于M所受的合力，并掌握如何通過光電門來測量瞬時速度，注意求瞬時速度等于這段時間內的平均速度．