Question

11．隨著科技的發(fā)展，傳感器走進實驗室使實驗變得更簡單、更嚴密．某研究性學習小組為了更簡單更準確地探究加速度與力的關系，在實驗中使用了力傳感器和光電門，實驗裝置如圖所示．其中G₁、G₂為兩個光電門，它們與數(shù)字計時器相連，當滑塊通過G₁、G₂光電門時，光束被遮擋的時間△t₁、△t₂都可以被測量并記錄．滑塊左邊固定一個力傳感器，通過力傳感器可以得到左邊細線的拉力大小F．滑塊連同上面固定的力傳感器以及條形擋光片的總質量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為S，牽引砝碼的質量為m．

（1）在此實驗中，需要測得每一次不同牽引力對應的加速度，其中求得的加速度的表達式為：$\frac{{（\frac{D}{△{t}_{2}}）}^{2}-{（\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$（用△t₁、△t₂、D、S表示）．
（2）該小組完成實驗后，與同學交流并對結論的可靠性進行評估，交流過程中提出幾個思考，其中正確的說法是：AB．
A．擋光片適當變窄，有利于提高實驗精確度
B．實驗中使用了力傳感器，所以不必記錄m的值
C．實驗中雖然使用了力傳感器，但仍然需要使m遠小于M
D．滑塊運動過程中受到的阻力不會給實驗帶來系統(tǒng)誤差，所以不必平衡摩擦力．

Answer 1

分析 （1）光電門測量滑塊瞬時速度的原理是遮光條通過光電門的速度可以用平均速度代替即v=$\frac5giah1o{t}$，再根據(jù)運動學公式即可求出物體的加速度a；
（2）本題中利用平均速度等效替代瞬時速度，換用寬度更窄的遮光條可以減小誤差，該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，不是用重物的重力作為小車的拉力．

解答 解：（1）根據(jù)遮光條通過光電門的速度可以用平均速度代替，
通過第一個光電門的速度
v₁=$\frac{D}{△{t}_{1}}$
通過第二個光電門的速度
v₂=$\frac{D}{△{t}_{2}}$
根據(jù)運動學公式$2as={{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}$得：a=$\frac{{{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}}{2s}$=$\frac{{（\frac{D}{△{t}_{2}}）}^{2}-{（\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$
（2）A、本題中利用平均速度等效替代瞬時速度，盡量減小計算平均速度的位移，即換用寬度更窄的遮光條可以減小誤差，提高實驗精確度，故A正確；
B、該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，不是用重物的重力作為小車的拉力，故不需要滿足m遠小于M，也不需要測量m的值，故B正確，C錯誤；
D、要使繩子的拉力等于滑塊的合力，需要平衡摩擦力，故D錯誤．
故選：AB
故答案為：（1）$\frac{{（\frac{D}{△{t}_{2}}）}^{2}-{（\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$；（2）AB

點評 了解光電門測量瞬時速度的原理，實驗中我們要清楚研究對象和研究過程，對于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時明確實驗原理是解答實驗問題的前提，知道減小實驗誤差的方法．