Question

17．如圖1所示的裝置，可用于探究恒力做功與速度變化的關(guān)系．水平軌道上安裝兩個(gè)光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細(xì)線一端與力傳感器連接，另一端跨過(guò)定滑輪掛上砝碼盤．實(shí)驗(yàn)首先保持軌道水平，通過(guò)調(diào)整砝碼盤里砝碼的質(zhì)量讓小車做勻速運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)平衡摩擦力，再進(jìn)行后面的操作，并在實(shí)驗(yàn)中獲得以下測(cè)量數(shù)據(jù)：小車、力傳感器和擋光板的總質(zhì)量M，平衡摩擦力時(shí)砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m₀，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s．

（1）該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車（含力傳感器和擋光板）的質(zhì)量不需要（填“需要”或“不需要”）
（2）實(shí)驗(yàn)需用游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光板的寬度d，如圖2所示，d=5.50 mm
（3）某次實(shí)驗(yàn)過(guò)程：力傳感器的讀數(shù)為F，小車通過(guò)光電門1和2的擋光時(shí)間分別為t₁、t₂（小車通過(guò)光電門2后，砝碼盤才落地），已知重力加速度為g，則對(duì)該小車實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證 的表達(dá)式是$（F-{m}_{0}g）s=\frac{1}{2}M{（\fracoy96ccu{{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\fracu9fbhvy{{t}_{1}}）}^{2}$．

Answer 1

分析 （1）該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)出繩子拉力大小，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（2）游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀．游標(biāo)的零刻度線超過(guò)主尺上的刻度數(shù)為主尺讀數(shù)，游標(biāo)讀數(shù)等于分度乘以對(duì)齊的根數(shù)．
（3）光電門測(cè)速度的原理是用平均速度來(lái)代替瞬時(shí)速度，根據(jù)功能關(guān)系可以求出需要驗(yàn)證的關(guān)系式

解答 解：（1）該實(shí)驗(yàn)中由于已經(jīng)用傳感器測(cè)出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（2）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5mm，游標(biāo)讀數(shù)等于0.05×10mm=0.50mm，
所以最終讀數(shù)為：5mm+0.50mm=5.50mm．
（3）由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．
滑塊通過(guò)光電門1速度為：${v}_{1}=\frac2acqfi7{{t}_{1}}$，
滑塊通過(guò)光電門2速度為：${v}_{2}=\fracmra9oum{{t}_{2}}$，
根據(jù)功能關(guān)系需要驗(yàn)證的關(guān)系式為：$（F-{m}_{0}g）s=\frac{1}{2}M（\fracqhlcn42{{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}M（\fractiwstha{{t}_{1}}）^{2}$．
故答案為：
（1）不需要；
（2）5.50；
（3）$（F-{m}_{0}g）s=\frac{1}{2}M{（\frac9g5wkf7{{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\fracpq7iwkw{{t}_{1}}）}^{2}$

點(diǎn)評(píng) 了解光電門測(cè)量瞬時(shí)速度的原理，實(shí)驗(yàn)中我們要清楚研究對(duì)象和研究過(guò)程，對(duì)于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時(shí)明確實(shí)驗(yàn)原理是解答實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的前提