Question

20．如圖所示是某同學(xué)探究“加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置．他在固定于桌面上的光滑導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門傳感器B，小車上固定一擋光片，已知擋光片的寬度為d．小車用細(xì)線繞過導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器C相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次小車都從A處由靜止釋放．（不計(jì)導(dǎo)軌及滑輪的摩擦）

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，將小車從A位置由靜止釋放，由光電門傳感器測出擋光片通過光電門B的時(shí)間t，則小車通過光電門時(shí)的速度為$\fracp5nr5d5{t}$，若要得到小車的加速度，還需要測量的物理量是釋放點(diǎn)距光電門的距離L．
（2）（單選）下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是A
A．應(yīng)使小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量
B．應(yīng)使A位置與光電門傳感器間的距離適當(dāng)大些
C．應(yīng)將力傳感器和光電門傳感器都通過數(shù)據(jù)采集器連接到計(jì)算機(jī)上
D．應(yīng)使細(xì)線與導(dǎo)軌平行
（3）改變鉤碼質(zhì)量，測出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和擋光片通過光電門的時(shí)間t，通過描點(diǎn)作出線性圖象，研究小車的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出$\frac{1}{{t}^{2}}$-F圖象（選填“t²-F”、“$\frac{1}{t}$-F”或“$\frac{1}{{t}^{2}}$-F”），圖象斜率k與擋光片的寬度d的關(guān)系為k∝$\frac{1}{l5hrrbb^{2}}$．

Answer 1

分析 滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度．根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解答．
用細(xì)線拉力表示合力，要考慮摩擦力的影響；最后根據(jù)牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合，從而確定選取什么樣的圖象．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t，滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度，即v=$\fracx7zrrzz{t}$；
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量是釋放點(diǎn)距光電門的距離L；
（2）A、拉力是直接通過傳感器測量的，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B、應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B正確；
C、應(yīng)將力傳感器和光電門傳感器都通過數(shù)據(jù)采集器連接到計(jì)算機(jī)上，故C正確；
D、要保持拉線方向與木板平面平行，拉力才等于合力，故D正確；
本題選擇錯(cuò)誤的，故選：A．
（3）由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as，
因v=$\fracrnntbtl{t}$，
由牛頓第二定律，a=$\frac{F}{M}$，
則有：$\frac{z5z5vbl^{2}}{{t}^{2}}$=2$\frac{F}{M}$L
即為$\frac{1}{{t}^{2}}=\frac{2L}{Mxbtlfdv^{2}}F$
所以研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出$\frac{1}{{t}^{2}}$-F圖象．
因此圖象斜率k=$\frac{2L}{Mb7llv57^{2}}$，即有：k∝$\frac{1}{dnhp5nn^{2}}$；
故答案為：（1）$\frach5x5x55{t}$； 釋放點(diǎn)距光電門的距離L； （2）A；（3）$\frac{1}{{t}^{2}}$-F；k∝$\frac{1}{hj7blnf^{2}}$．

點(diǎn)評(píng) 處理實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要找出實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項(xiàng)，掌握牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的應(yīng)用．