Question

19．如圖甲的光電門傳感器是測定瞬時速度大小的儀器．其原理是發(fā)射端發(fā)出一束很細(xì)的紅外線到接收端，當(dāng)固定在運動物體上的一個已知寬度為d的擋光板通過光電門擋住紅外線時，和它連接的數(shù)字計時器可記下?lián)豕獾臅r間△t，則可以求出運動物體通過光電門時的瞬時速度大小．

（1）為了減小測量瞬時速度的誤差，應(yīng)選擇寬度比較窄（選填“寬”或“窄”）的擋光板．
（2）如圖乙是某同學(xué)利用光電門傳感器探究小車加速度與力之間關(guān)系的實驗裝置，他將該光電門固定在水平軌道上的B點，用不同重物通過細(xì)線拉同一小車，小車每次都從同一位置A點靜止釋放．
①如圖丙所示，用游標(biāo)卡尺測出擋光板的寬度d=11.40mm，實驗時將小車從圖乙A點靜止釋放，由數(shù)字計時器記下?lián)豕獍逋ㄟ^光電門時擋光時間間隔△t=0.02s，則小車通過光電門時的瞬時速度大小為0.57m/s；
②實驗中設(shè)小車的質(zhì)量為m₁，重物的質(zhì)量為m₂，則在m₁與m₂滿足關(guān)系式m₁＞＞m₂時可近似認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力大小與重物的重力大小相等；
③測出多組重物的質(zhì)量m₂和對應(yīng)擋光板通過光電門的時間△t，并算出小車經(jīng)過光電門時的速度v，通過描點作出線性圖象，研究小車的加速度與力之間的關(guān)系．處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出v²-m₂圖象（選填“v-m₂”或“v²-m₂”）；
④某同學(xué)在③中作出的線性圖象不過坐標(biāo)原點，其可能的原因是操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 1、極短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認(rèn)為是該時刻的瞬時速度大小．
2、游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀，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(jù)勻變速直線運動的速度位移公式求出滑塊的加速度．
為使繩子的拉力等于重物的重力，M應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m；由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2mg}{M}$s，可知畫出v²-m圖象可以直觀的得出結(jié)論．由圖可知開始有外力時，而小車的加速度為零，說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）極短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認(rèn)為是該時刻的瞬時速度大小，所以應(yīng)該選擇寬度比較窄的擋光板．
（2）①游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為11mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×8mm=0.40mm，
所以最終讀數(shù)為：11mm+0.40mm=11.40mm；
數(shù)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(jīng)過光電門時滑塊的瞬間速度為：v=$\fraczjrvnjx{△t}$=0.57　m/s
②該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．
那么小車的合力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板D的左端適當(dāng)墊高，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．
根據(jù)牛頓第二定律得：
對m₂：m₂g-F_拉=m₂a
對m₁：F_拉=m₁a
解得：F_拉=$\frac{{m}_{2}{m}_{1}g}{{m}_{2}+{m}_{1}}$
當(dāng)m₁＞＞m₂時，即當(dāng)重物重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于重物的總重力．
③由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2{m}_{2}g}{{m}_{1}}$s，
由題意可知，m₁、s不變，畫出v²-m₂圖象，若圖象為過原點的直線，則說明外力和加速度成正比，故畫出v²-m₂圖象可以直觀的得出結(jié)論．
④開始當(dāng)小車掛上重物時，加速度卻為零，線性圖象不通過坐標(biāo)原點，故導(dǎo)致圖象不過原點的原因是木板傾角偏�。�即說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．
故答案為：（1）窄；
（2）①11.40，0.57；
②m₁＞＞m₂；③v²-m₂；④操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

點評 常用儀器的讀數(shù)要掌握，這是物理實驗的基礎(chǔ)．處理實驗時一定要找出實驗原理，根據(jù)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．