Question

光電門傳感器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的計(jì)時(shí)儀器，現(xiàn)利用圖甲所示裝置設(shè)計(jì)一個(gè)“驗(yàn)證物體產(chǎn)生的加速度與合外力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中NO是水平桌面，PO是一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板，1、2是固定在木板上的兩個(gè)光電門．小車上固定著用于擋光的窄片，讓小車從木板的頂端滑下，光電門連接數(shù)據(jù)采集器，并把數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)連接，打開軟件．
①已知窄片的寬度為d（L遠(yuǎn)大于d），計(jì)算機(jī)顯示的光電門1、2的擋光時(shí)間分別為t₁、t₂．②用米尺測(cè)量光電門間距為L(zhǎng)，則小車的加速度表達(dá)式a=

( d2 t 2 2 - d2 t 2 1 )

2L

（各量均用①②里的字母表示）．  ③該實(shí)驗(yàn)把砂和砂桶m拉車的力當(dāng)作小車的合力．由于所用導(dǎo)軌摩擦力較大，必須平衡摩擦力，方法是

調(diào)出一個(gè)合適的斜面，輕推小車，使小車恰好能勻速下滑

．
④該實(shí)驗(yàn)中，讓小車質(zhì)量M不變時(shí)，探究a與F 關(guān)系，使用的探究方法是

控制變量法

．有位同學(xué)通過測(cè)量，作出a-F圖線，如圖乙中的實(shí)線所示．試分析：
乙圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)的原因是

木板夾角過大

；乙圖線上部彎曲的原因是

沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2-

v

2 0

=2as，可以寫出加速度的表達(dá)式；
（2）在研究物體的“加速度、作用力和質(zhì)量”三個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，由于變量較多，因此采用了“控制變量法”進(jìn)行研究．
（3）根據(jù)牛頓第二定律結(jié)合圖象特點(diǎn)即可正確解答．

解答：解：②由于窄片K的寬度為d很小，因此可以利用其平均速度代替物體的瞬時(shí)速度，
故窄片K通過光電門1的速度表達(dá)式為：v1=

d

t1

窄片K通過光電門2的速度表達(dá)式：v2=

d

t2

根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：v2-

v

2 0

=2as有：a=

v 2 2 - v 2 1

2L

=

d2 t 2 2 - d2 t 2 1

2L

③所用導(dǎo)軌摩擦力較大，必須平衡摩擦力，方法是調(diào)出一個(gè)合適的斜面，輕推小車，使小車恰好能勻速下滑．
④在研究物體的“加速度、作用力和質(zhì)量”三個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，由于變量較多，因此采用了“控制變量法”進(jìn)行研究．探究a與F關(guān)系時(shí)，保持小車的質(zhì)量m一定，研究a與F的關(guān)系．
根據(jù)乙圖可知，當(dāng)沒有掛砂和砂桶時(shí)，小車產(chǎn)生了加速度，因此說明平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大；
隨著F的增大，即砂和砂桶質(zhì)量的增大，不在滿足砂和砂桶遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，因此曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象．
故答案為：②a=

( d2 t 2 2 - d2 t 2 1 )

2L

③調(diào)出一個(gè)合適的斜面，輕推小車，使小車恰好能勻速下滑；④控制變量法；平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大，沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于實(shí)驗(yàn)問題一定要明確實(shí)驗(yàn)原理，并且親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，熟練應(yīng)用所學(xué)基本規(guī)律解決實(shí)驗(yàn)問題．