Question

9．某同學(xué)用如圖甲所示的裝置探究加速度a與合外力f的關(guān)系，裝置中水平平臺(tái)上置有一端墊高．另一端帶有滑輪的長(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遮光片K．讓小車從木板的頂端滑下，光電門各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的遮光片K通過1、2光電門的擋光時(shí)間分別為t₁和t₂．

（1）實(shí)驗(yàn)前先用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光片的寬度，示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)d=10.50mm．
（2）該實(shí)驗(yàn)中，在改變沙桶的總質(zhì)量m時(shí)，保持小車質(zhì)量M＞＞m，這樣做的目的是小車所受合外力大小等于mg．
（3）為了計(jì)算出小車的加速度，除了測(cè)量d、t₁和t₂之外，還需要測(cè)量?jī)晒怆婇T之間的距離（或“小車由光電門1運(yùn)動(dòng)至光電門2所用時(shí)間”），若上述測(cè)量量用x表示，則用這些物理量計(jì)算加速度的表達(dá)式為a=$\frac{lj9nwac^{2}（{{t}_{1}}^{2}-{{t}_{2}}^{2}）}{2x{{t}_{1}}^{2}{{t}_{2}}^{2}}$（或“$\frac{d（{t}_{1}-{t}_{2}）}{t{t}_{1}{t}_{2}}$”）．
（4）若根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)作出的a-F圖象如圖丙所示，可以看出此實(shí)驗(yàn)存在較大的物差，產(chǎn)生誤差的
主要原因是木板傾角偏�。ɑ颉捌胶饽Σ亮Σ蛔恪被颉澳┩耆�平衡摩擦力”）．

Answer 1

分析 （1）掌握游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法，主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀．
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，只有當(dāng)滿足M＞＞m時(shí)沙桶的總重力才可看作小車的合外力．
（3）通過測(cè)量的d、t₁和t₂可以求出小車通過光電門1、2時(shí)的速度大小，如果知道了小車通過光電門1和2的時(shí)間或者位移，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式即可求出物體的加速度，據(jù)此可正確解答本題．
（4）由圖可知開始有外力時(shí)，而小車的加速度為零，說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為1cm=10mm，游標(biāo)尺上第10個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊，所以游標(biāo)讀數(shù)為10×0.05mm=0.50mm，所以最終讀數(shù)為：10mm+0.50mm=10.50mm．
（2）實(shí)驗(yàn)中我們認(rèn)為：mg=Ma，而實(shí)際上是：mg=（M+m）a，因此只有當(dāng)M＞＞m時(shí)，小車所受合外力大小等于mg，
（3）通過光電門的測(cè)量我們計(jì)算出了通過光電門1的速度為：${v}_{1}=\fracua1eohn{{t}_{1}}$，
通過2時(shí)的速度為：${v}_{2}=\fracejqdzz6{{t}_{2}}$
如果測(cè)量出經(jīng)過1、2時(shí)的時(shí)間t，根據(jù)：$a=\frac{{v}_{2}-{v}_{1}}{t}$，得：a=$\frac{d（{t}_{1}-{t}_{2}）}{t{t}_{1}{t}_{2}}$，
如果測(cè)出經(jīng)過1、2時(shí)的距離x，根據(jù)：${{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2}=2ax$，得：a=$\frac{99dl4gk^{2}（{{t}_{1}}^{2}-{{t}_{2}}^{2}）}{2x{{t}_{1}}^{2}{{t}_{2}}^{2}}$．
（4）由圖乙可知，開始小車受合外力時(shí)，加速度卻為零，因此操作過程中可能沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．
故答案為：（1）10.50；（2）小車所受合外力大小等于mg；（3）兩光電門之間的距離（或“小車由光電門1運(yùn)動(dòng)至光電門2所用時(shí)間”）；$\frac{v1fh1wi^{2}（{{t}_{1}}^{2}-{{t}_{2}}^{2}）}{2x{{t}_{1}}^{2}{{t}_{2}}^{2}}$（或“$\frac{d（{t}_{1}-{t}_{2}）}{t{t}_{1}{t}_{2}}$”）；（4）木板傾角偏�。ɑ颉捌胶饽Σ亮Σ蛔恪被颉澳┩耆�平衡摩擦力”）．

點(diǎn)評(píng) 掌握游標(biāo)卡尺的讀數(shù)方法，知道用重物重力表示小車所受合力的處理方法，知道極短時(shí)間內(nèi)的平均速度可以表示瞬時(shí)速度，難度適中．