Question

17．如圖甲所示的光電門(mén)傳感器是測(cè)定瞬時(shí)速度大小的儀器，其原理是發(fā)射端發(fā)出一束很細(xì)的紅外線到接收端，當(dāng)固定在運(yùn)動(dòng)物體上的一個(gè)已知寬度為d的擋光板通過(guò)光電門(mén)擋住紅外線時(shí)，和它連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器可記下?lián)豕獾臅r(shí)間△t，則可以求出運(yùn)動(dòng)物體通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度大小．

（1）為了減小測(cè)量瞬時(shí)速度的誤差，應(yīng)該選擇寬度比較窄（選填“寬”或“窄”）的擋光板．
（2）如圖乙所示是某同學(xué)利用光電門(mén)傳感器探究小車(chē)加速度與力之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，他將該光電門(mén)固定在水平軌道上的B點(diǎn)，用不同重物通過(guò)細(xì)線拉同一小車(chē)，小車(chē)每次都從同一位置A點(diǎn)由靜止釋放．
①如圖丙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光板的寬度d=7.40mm，實(shí)驗(yàn)時(shí)將小車(chē)從圖乙中的A點(diǎn)由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器記下?lián)豕獍逋ㄟ^(guò)光電門(mén)時(shí)擋光的時(shí)問(wèn)間隔△t=0.02s，則小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度大小為0.37m/s；
②實(shí)驗(yàn)中設(shè)小車(chē)的質(zhì)量為m₁，重物的質(zhì)量為m₂，則在m與m₂滿足關(guān)系m₁＞＞m₂時(shí)可近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車(chē)的拉力大小與重物的重力大小相等；
③測(cè)出多組重物的質(zhì)量m₂和對(duì)應(yīng)擋光板通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間，并算出小車(chē)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度△t，并算出小車(chē)經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v，通過(guò)描點(diǎn)作出兩物理量的線性關(guān)系圖象，可間接得出小車(chē)的加速度與力之間的關(guān)系．處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出v²-m₂（選填“v²-m₁”或“v²-m₂”）圖象；
④某同學(xué)在③中作出的線性關(guān)系圖象不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖丁所示（圖中的m表示m₁或m₂），其可能的原因是操作過(guò)程中平衡摩擦力過(guò)量．

Answer 1

分析 （1）極短時(shí)間內(nèi)的平均速度大小可以近似認(rèn)為是該時(shí)刻的瞬時(shí)速度大小．
（2）游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀，由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，可以用平均速度表示瞬時(shí)速度．根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式求出滑塊的加速度．
為使繩子的拉力等于重物的重力，M應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m；由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車(chē)質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2mg}{M}s$，可知畫(huà)出v²-m圖象可以直觀的得出結(jié)論．

解答 解：（1）極短時(shí)間內(nèi)的平均速度大小可以近似認(rèn)為是該時(shí)刻的瞬時(shí)速度大小，所以應(yīng)該選擇寬度比較窄的擋光板．
（2）①游標(biāo)卡尺的讀數(shù)d=7mm+0.05×8mm=7.40mm，
小車(chē)通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度大小為v=$\frac0tk2hts{△t}=\frac{7.40×1{0}^{-3}}{0.02}m/s=0.37m/s$．
②對(duì)整體分析，整體的加速度a=$\frac{{m}_{2}g}{{m}_{1}+{m}_{2}}$，細(xì)線的拉力F=${m}_{1}a=\frac{{m}_{1}{m}_{2}g}{{m}_{1}+{m}_{2}}$=$\frac{{m}_{2}g}{1+\frac{{m}_{2}}{{m}_{1}}}$，可知m₁＞＞m₂時(shí)，可近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車(chē)的拉力大小與重物的重力大小相等．
③由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車(chē)質(zhì)量m₁不變，因此有：v²=2as=$\frac{2{m}_{2}g}{{m}_{1}}s$，
由題意可知，m₁、s不變，畫(huà)出v²-m₂圖象，若圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線，則說(shuō)明外力和加速度成正比，故畫(huà)出v²-m₂圖象可以直觀的得出結(jié)論．
④由圖可知，m為零，v²不為零，相當(dāng)于合力為零，加速度不為零，可知操作過(guò)程中平衡摩擦力過(guò)量．
故答案為：（1）窄，（2）①7.40，0.37，②m₁＞＞m₂，③v²-m₂，④操作過(guò)程中平衡摩擦力過(guò)量．

點(diǎn)評(píng) 常用儀器的讀數(shù)要掌握，這是物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)．處理實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要找出實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理我們可以尋找需要測(cè)量的物理量和需要注意的事項(xiàng)．