Question

如圖甲是某同學(xué)研究“小車加速度與力”的關(guān)系的實驗裝置，他將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，每次小車都從同一位置A由靜止釋放，測得s_AB=50cm，遮光條的寬度d=1.14cm．（計算保留三位有效數(shù)字）

 （1）某次實驗時，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門的時間t₁=2.0×10^-2s，則小車經(jīng)過光電門時的速度v₁=

0.570

m/s；
（2）本次實驗中小車運動的加速度a₁=

0.325

m/s²；
（3）實驗中，該同學(xué)認(rèn)為細(xì)線對小車的拉力F等于重物重力的大小，改變重物的重量測出多組重物的重量和對應(yīng)遮光條通過光電門的時間，計算出小車相應(yīng)運動的加速度a，通過描點作出圖象乙，分析圖線的AB段可得出的實驗結(jié)論是

a隨F的增加線性增大

；圖象不通過坐標(biāo)原點的原因是

操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足

．
（4）小車的質(zhì)量M=

0.500

kg；
（5）此圖線的BC段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是

C

．
A．小車與軌道間存在摩擦B．導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài)
C．重物的總重量太大D．所用小車的質(zhì)量太大．

Answer 1

分析：（1）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．
（2）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．
（3）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．
（4）該實驗要求滿足小車的質(zhì)量大于大于鉤碼的質(zhì)量．

解答：解：（1）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：v1=

d

t1

=

1.14×10-2

2.0×10-2

m/s=0.570m/s
（2）根據(jù)勻變速直線運動的速度位移公式v²=2as
得：a=

v 2 1

2s

=

0.572

2×0.5

m/s2=0.325m/s2
（3）分析圖線的AB段可得出的實驗結(jié)論是：AB段幾乎是直線，所以a隨F的增加線性增大；
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．
（4）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（含摩擦力）．
根據(jù)牛頓第二定律得：
對m：F-F_f=ma
解得：m=

F-Ff

a

=

1.2-0.2

2

=0.500kg
（5）此圖線的BC段明顯偏離直線向下彎曲，說明隨鉤碼質(zhì)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(zhì)量大于大于鉤碼的質(zhì)量．故正確的選項為C，其他的選項錯誤．
故答案為：（1）0.570
（2）0.325
（3）a隨F的增加線性增大；未平衡摩擦力（其他合理解釋均可）
（4）0.500（0.485～0.511）
（5）C

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．