Question

17．如圖1所示的裝置，可用于探究恒力做功與速度變化的關系．水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤．實驗首先保持軌道水平，通過調(diào)整砝碼盤里砝碼的質(zhì)量讓小車做勻速運動以實現(xiàn)平衡摩擦力，再進行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數(shù)據(jù)：小車、力傳感器和擋光板的總質(zhì)量M，平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量m₀，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s．

（1）該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車（含力傳感器和擋光板）的質(zhì)量不需要（填“需要”或“不需要”）
（2）實驗需用游標卡尺測量擋光板的寬度d，如圖2所示，d=5.50 mm
（3）某次實驗過程：力傳感器的讀數(shù)為F，小車通過光電門1和2的擋光時間分別為t₁、t₂（小車通過光電門2后，砝碼盤才落地），已知重力加速度為g，則對該小車實驗要驗證 的表達式是$（F-{m}_{0}g）s=\frac{1}{2}M{（\fraca337nvp{{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac3m8oqlg{{t}_{1}}）}^{2}$．

Answer 1

分析 （1）該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．
（2）游標卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀．游標的零刻度線超過主尺上的刻度數(shù)為主尺讀數(shù)，游標讀數(shù)等于分度乘以對齊的根數(shù)．
（3）光電門測速度的原理是用平均速度來代替瞬時速度，根據(jù)功能關系可以求出需要驗證的關系式

解答 解：（1）該實驗中由于已經(jīng)用傳感器測出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．
（2）游標卡尺的主尺讀數(shù)為5mm，游標讀數(shù)等于0.05×10mm=0.50mm，
所以最終讀數(shù)為：5mm+0.50mm=5.50mm．
（3）由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時間內(nèi)的平均速度代替瞬時速度．
滑塊通過光電門1速度為：${v}_{1}=\fracsq7pgfa{{t}_{1}}$，
滑塊通過光電門2速度為：${v}_{2}=\fraccma2ch2{{t}_{2}}$，
根據(jù)功能關系需要驗證的關系式為：$（F-{m}_{0}g）s=\frac{1}{2}M（\frace2figfv{{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}M（\fracrw3xfa3{{t}_{1}}）^{2}$．
故答案為：
（1）不需要；
（2）5.50；
（3）$（F-{m}_{0}g）s=\frac{1}{2}M{（\fracztk8mhn{{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac2efge37{{t}_{1}}）}^{2}$

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