Question

如圖1所示的裝置，可用于驗證牛頓第二定律．在氣墊導軌上安裝兩個光電門，小車上固定遮光板，細線一端與小車相連，另一端跨過定滑輪掛上沙桶，實驗首先調(diào)整氣墊導軌，通過調(diào)整使小車未掛沙桶時能在氣墊導軌上做勾速運動，然后再進行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數(shù)據(jù)：小車和擋光板的總質(zhì)量M，遮光板的寬度d，兩光電門的中心的距離s．則

（1）該實驗要保證小車的合力近似等于沙桶的重力應滿足的條作是     ．

（2）實驗需用游際卡尺測量遮光板的寬度d，如圖2所示d=    cm．

（3）某次實驗過程中測得：沙桶的質(zhì)量為m，小車先后通過兩個光電門的擋光時間分別為t₁，t₂（小車通過第二個光電門后．沙桶才落地），已知重力加速度為g 則對該小車實驗要驗證的表達式是_、．

Answer 1

考點：驗證牛頓第二運動定律．

專題：實驗題；牛頓運動定律綜合專題．

分析：（1）在砂桶質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量的情況下，可以近似認為小車受到的拉力等于砂桶受到的重力．

（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條數(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)運動學基本公式求出加速度，從而求出“牛頓第二定律”表達式．

解答：  解：（1）以沙桶為研究對象，設沙桶質(zhì)量為m，繩子上拉力為F，則有：mg﹣F=ma；

以小車為研究對象，設小車質(zhì)量為M，則有：F=Ma．

由以上兩式得：F=，由此可知當M＞＞m時，小車的合力近似等于沙桶的重力

（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：

滑塊通過光電門2速度為：

根據(jù)運動學公式，物體的加速度為：

=

根據(jù)需要驗證的牛頓第二定律關系式為：F=mg=Ma，即：

故答案為：（1）沙桶的質(zhì)量遠小于小車及遮光板的總質(zhì)量；（2）5.50cm；（3）．

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．