Question

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(jiàn)計(jì)時(shí)儀器，其結(jié)構(gòu)如圖甲所示，a、b分別是光電門(mén)的激光發(fā)射和接收裝置，當(dāng)有物體從a、b間通過(guò)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)“驗(yàn)證物體運(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(mén)（與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒(méi)有畫(huà)出）．小車(chē)上固定著用于擋光的窄片K，讓小車(chē)從木板的頂端滑下，光電門(mén)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=0.50cm（已知L＞＞d）光電門(mén)1，2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為t₁=2.50×10^-2s，t₂=1.25×10^-2s．則窄片K通過(guò)光電門(mén)Ⅰ時(shí)的速度為

0.2m/s

（2）用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T(mén)間距為L(zhǎng)，則小車(chē)的加速度表達(dá)式a=

(t 2 1 - t 2 2 )d2

2 Lt 2 1 t 2 2

（各量均用（1）（2）里的已知量的字母表示）
（3）該實(shí)驗(yàn)中，為了探究a與F的關(guān)系，要保持小車(chē)的質(zhì)量M不變，這種探究方法叫

控制變量法

，有位同學(xué)通過(guò)測(cè)量，把砂和砂桶的重量當(dāng)作小車(chē)的合外力F，作出a一F圖線．如上圖丙中的實(shí)線所示，試分析：
圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O的原因是

平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大

圖線上部彎曲的原因是

沒(méi)有滿足小車(chē)質(zhì)量M運(yùn)大于砂和砂筒的質(zhì)量m

．

Answer 1

分析：（1）窄片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間非常小，因此可以平均速度代替其通過(guò)的瞬時(shí)速度，據(jù)此可以求出窄片通過(guò)光電門(mén)I時(shí)的速度大�。�
（2）小車(chē)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度和位移關(guān)系式：

v

2 t

-

v

2 0

=2ax，可以求出小車(chē)的加速度大�。�
（3）本實(shí)驗(yàn)中變量比較多，因此采用“控制變量法”進(jìn)行，在具體操作中要求正確平衡摩擦力，小車(chē)質(zhì)量M運(yùn)大于砂和砂筒的質(zhì)量，否則將產(chǎn)生較大誤差．

解答：解：（1）窄片K通過(guò)光電門(mén)Ⅰ時(shí)的速度為：v=

d

t1

=

0.5×10-2

2.5×10-2

=0.2m/s．
故答案為：0.2m/s．
（2）根據(jù)題意有：v1=

d

t1

    ①
v2=

d

t2

         ②

v

2 2

-

v

2 1

=2aL     ③
聯(lián)立①②③解得：a=

(t 2 1 - t 2 2 )d2

2 Lt 2 1 t 2 2

．
故答案為：

(t 2 1 - t 2 2 )d2

2 Lt 2 1 t 2 2

．
（3）本實(shí)驗(yàn)中要驗(yàn)證：合外力、質(zhì)量、加速度之間的關(guān)系，變量較多，因此采用“控制變量法”進(jìn)行，由圖丙可知，開(kāi)始物體所受拉力為零時(shí)，卻產(chǎn)生了加速度，故操作過(guò)程中平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大，隨著外力F的增大，砂和砂筒的質(zhì)量越來(lái)越大，最后出現(xiàn)了不滿滿足遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的情況，因此圖線出現(xiàn)了偏折現(xiàn)象．
故答案為：控制變量法，平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大，沒(méi)有滿足小車(chē)質(zhì)量M運(yùn)大于砂和砂筒的質(zhì)量m．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于課本中的基本力學(xué)實(shí)驗(yàn)，無(wú)論形式如何變化，只要根據(jù)所學(xué)基本物理知識(shí)，弄清其實(shí)驗(yàn)原理，即可找到解決問(wèn)題的突破口．