Question

13．像打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣，光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常見計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置．當(dāng)有物體從a、b間通過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間．現(xiàn)利用圖乙所示裝置設(shè)計(jì)一個(gè)“探究物體運(yùn)動(dòng)的加速度與合外力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，圖中NQ是水平桌面、PQ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（與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出）．小車上固定著用于擋光的窄片K，讓小車從木板的頂端滑下，光電門各自連接的計(jì)時(shí)器顯示窄片K的擋光時(shí)間分別為t₁和t₂．

（1）用游標(biāo)卡尺測(cè)量窄片K的寬度d（已知L＞＞d），光電門1，2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為t₁、t₂．則窄片K通過光電門1的速度表達(dá)式v₁=$\frach2qyel9{{t}_{1}}$．
（2）用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T間距為l，則小車的加速度表達(dá)式a=$\frac{{（\frac46phees{{t}_{2}}）}^{2}-{（\fracqf75lx0{{t}_{1}}）}^{2}}{2L}$．
（3）該實(shí)驗(yàn)中，為了把砂和砂桶拉車的力當(dāng)作小車受的合外力，就必須平衡小車受到的摩擦力，正確的做法不掛砂和砂桶，調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車讓其下滑，直至兩個(gè)光電門的讀數(shù)相等為止．
（4）實(shí)驗(yàn)中，有位同學(xué)通過測(cè)量，把砂和砂桶的重力當(dāng)作小車的合外力F，作出a-F圖線，如圖丙中的實(shí)線所示．試分析：圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)O的原因是平衡摩擦力時(shí)木板傾角太大；曲線上部彎曲的原因沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）利用光電門測(cè)速度時(shí)是利用了平均速度代替瞬時(shí)速度的原理；
（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式${v}^{2}-{{v}_{0}}^{2}=2ax$，可以寫出加速度的表達(dá)式；
（3）該實(shí)驗(yàn)中是通過把木板一端抬高，讓小車的重力沿斜面的分力與摩擦力平衡的方法進(jìn)行的；
（4）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：（1）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：${v}_{1}=\fraclm6pdk4{{t}_{1}}$．
（2）窄片K通過光電門2的速度表達(dá)式：${v}_{2}=\fracy46m1bb{{t}_{2}}$．
根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式：${v}^{2}-{{v}_{0}}^{2}=2ax$有：
$a=\frac{{{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}}{2L}$=$\frac{{（\fracc4qemnn{{t}_{2}}）}^{2}-{（\fracm26iapv{{t}_{1}}）}^{2}}{2L}$．
（3）在該實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力的思路是：抬高木板一端，讓小車的重力沿斜面分力與摩擦力平衡，當(dāng)觀察到小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，說明摩擦力已經(jīng)被平衡，故具體操作是：先不掛砂和砂桶，調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車讓其下滑，直至小車能勻速下滑即可．
（4）根據(jù)丙圖可知，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：（1）$\fracbisez19{{t}_{1}}$；（2）$\frac{{（\fraca1zfbck{{t}_{2}}）}^{2}-{（\fracetmh2zs{{t}_{1}}）}^{2}}{2L}$；（3）不掛砂和砂桶，調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，輕推小車讓其下滑，直至兩個(gè)光電門的讀數(shù)相等為止；（4）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，注意平衡摩擦力的細(xì)節(jié)，理解a-F圖象不直的原因．