Question

某同學設計了用光電門傳感器“探究小車的加速度a與小車所受拉力F及質量m關系”的實驗．
（1）如圖甲所示，在小車上固定寬度為L的擋光片，將兩個光電門傳感器固定在相距為d的軌道上，釋放小車，傳感器記錄下小車經過光電門的時間△t₁、△t₂，可以測得小車的加速度a=

 

（用題中的符號L、d、△t₁、△t₂表示），用游標卡盡測得擋光片的寬度L如圖乙所示，則L=

 

mm
（2）在該實驗中必須采用

 

法（填物理方法），應保持

 

不變，通過改變鉤碼的個數來改變小車所受的拉力大小，研究加速度a隨拉力F變化的規律．
（3）該同學多次重復測量，作出a-F圖，如圖丙所示，發現該圖線不通過坐標原點，分析可能原因為

 

，此圖線的BC段明顯偏離直線，分析可能的原因為

 

．（均選填“A、B、C或D”）
A．軌道保持了水平狀態   B．軌道右端墊的過高    C．軌道左端墊的過高
D．所用小車的質量太大   E．所掛鉤碼的總質量太大

Answer 1

分析：由于遮光條通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度，根據勻變速直線運動的速度位移公式求出滑塊的加速度．
在“探究加速度a與物體所受合力F及質量m關系”的實驗中，通過控制變量法，先控制m一定，驗證a與F成正比，再控制F一定，驗證a與m成反比；實驗中用砂和砂桶的重力代替小車的合力，故要通過將長木板右端墊高來平衡摩擦力和使小車質量遠大于砂和砂桶質量來減小實驗的誤差！

解答：解：（1）數字計時器記錄通過光電門的時間，由位移公式計算出物體通過光電門的平均速度，
用該平均速度代替物體的瞬時速度，故在遮光條經過光電門時滑塊的瞬間速度為：v₁=

L

△t1

與v₂=

L

△t2

；
根據勻變速直線運動的速度位移公式v₂²-v₁²=2ad；
解得：a=

v22-v12

2d

=

( L △t2 )2-( L △t1 )2

2d

游標卡尺的主尺讀數為5mm，游標讀數是0×0.1mm=0.0mm，故最后讀數為：5mm+0.0mm=5.0mm．
（2）在本實驗操作中，采用了“控制變量法”，即先保持一個變量不變，看另外兩個變量之間的關系，具體操作是：先不改變小車質量，研究加速度與力的關系；再不改變小車受力，研究加速度與質量的關系，最后歸納出加速度、力、質量三者間的關系．
（3）開始當小車掛上重物時，加速度卻為零，線性圖象不通過坐標原點，故導致圖象不過原點的原因是木板傾角偏小．即說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．故選：A．
此圖線的BC段明顯偏離直線向下彎曲，說明隨鉤碼質量的增加，不再滿足a隨F的增加線性增大；造成此誤差的主要原因未滿足小車的質量大于大于鉤碼的質量．故選：E．
故答案為：（1）

( L △t2 )2-( L △t1 )2

2d

；5.0；（2）控制變量法；小車質量；（3）A；E．

點評：常用儀器的讀數要掌握，這是物理實驗的基礎．處理實驗時一定要找出實驗原理，根據實驗原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項．
利用勻變速直線的規律以及推論解答實驗問題，在平時練習中要加強基礎知識的理解與應用，提高解決問題能力．
實驗用控制變量法，本實驗只有在滿足平衡摩擦力和小車質量遠大于砂和砂桶質量的雙重條件下，才能用砂和砂桶重力代替小車所受的合力！