Question

16．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)情況的常見計(jì)時(shí)儀器，每個(gè)光電門都是由激光發(fā)射和接收裝置組成．當(dāng)有物體從光電門通過時(shí)，光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間．現(xiàn)利用如圖1所示裝置設(shè)計(jì)一個(gè)“探究物體運(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是固定在木板上間距為l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窄片K，K的寬度d，讓小車從木板的頂端滑下，光電門各自連接的計(jì)時(shí)器顯示窄片K的擋光時(shí)間分別為t₁和t₂．

（1）用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T的間距為l，則小車的加速度表達(dá)式a=$\frac{（\fracjelpy4v{{t}_{2}^{\;}}）_{\;}^{2}-（\fraclpdtjh4{{t}_{1}^{\;}}）_{\;}^{2}}{2l}$（各量均用題目中的已知量的字母表示）；
（2）該實(shí)驗(yàn)中，為了把繩子拉力當(dāng)作小車受的合外力，就必須平衡摩擦力
（3）某位同學(xué)通過測(cè)量，把砂和砂桶的重量當(dāng)作小車的合外力F，作出a-F圖線．如圖2中的實(shí)線所示．試分析：圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)O的原因是平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大；曲線上部彎曲的原因是沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．．

Answer 1

分析 （1）小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度v=$\frac1pzwmb4{t}$和位移關(guān)系v²-v₀²=2as可以求出加速度的大��；
（2）注意平衡摩擦力的原理，利用重力沿斜面的分力來平衡摩擦力，若物體能勻速運(yùn)動(dòng)則說明恰好平衡了摩擦力；
（3）根據(jù)圖象特點(diǎn)結(jié)合牛頓第二定律可正確解答．

解答 解：（1）窄片K的寬度很小，可以利用平均速度來代替瞬時(shí)速度，因此有：
   v₁=$\fractzpxxjf{{t}_{1}^{\;}}$        v₂=$\fracx34zpxa{{t}_{2}^{\;}}$
根據(jù)速度與位移關(guān)系可知小車的加速度大小為：a=$\frac{{v}_{2}^{2}-{v}_{1}^{2}}{2l}$
由上三式可解得：a=$\frac{（\frac1acctlv{{t}_{2}^{\;}}）_{\;}^{2}-（\fracoskmcm8{{t}_{1}^{\;}}）_{\;}^{2}}{2l}$
（2）為了把繩子拉力當(dāng)作小車受的合外力，就必須平衡小車受到的摩擦力
（3）由圖2可知，開始物體所受拉力為零時(shí)，卻產(chǎn)生了加速度，故操作過程中平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大．
所以：平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大（或平衡摩擦力過度），
根據(jù)牛頓第二定律，可知曲線上部彎曲的原因是：沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．
故答案為：（1）$\frac{（\frac7k4sulr{{t}_{2}^{\;}}）_{\;}^{2}-（\fraccls3lmw{{t}_{1}^{\;}}）_{\;}^{2}}{2l}$     （2）平衡摩擦力      （3）平衡摩擦力時(shí)木板傾角過大          沒有滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．

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