Question

像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常见计时仪器，每个光电门都是由激光发射和接收装置组成．当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．现利用如图所示装置设计一个“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”的实验，图中NQ是水平桌面、PQ是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上间距为l的两个光电门（与之连接的两个光电计时器没有画出）．小车上固定着用于挡光的窄片K，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t₁和t₂．
（1）用游标卡尺测量窄片K的宽度（如图）d=______m（已知l＞＞d），光电门1、2各自连接的计时器显示的挡光时间分别为t₁=2.50×10^-2s、t₂=1.25×10^-2s；
（2）用米尺测量两光电门的间距为l，则小车的加速度表达式a=______（各量均用（1）（2）里的已知量的字母表示）；
（3）某位同学通过测量，把砂和砂桶的重量当作小车的合外力F，作出a-F图线．如图中的实线所示．试分析：图线不通过坐标原点O的原因是______；曲线上部弯曲的原因是______．

Answer 1

解：（1）游标卡尺的主尺读数为5mm，游标读数为0.05×3mm=0.15mm，最终读数为5.15mm=5.15×10^-3m．
（2）小车通过光电门1的速度，通过光电门2的速度，根据，得．
（3）F=0时，小车已具有加速度，图线不通过坐标原点O的原因是平衡摩擦力时木板倾角太大．严格讲图线斜率的倒数表示物体和小车系统的质量，曲线上部弯曲的原因是没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．
故答案为：（1）5.15×10^-3m（2）（3）平衡摩擦力时木板倾角太大，没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．
分析：（1）游标卡尺的读数等于主尺读数加上游标读数，不需估读．
（2）分别求出小车通过光电门1、2的速度，根据求出小车的加速度．
（3）图线不过坐标原点，F=0时，物体已具有加速度，知平衡摩擦力时木板倾角太大．严格讲图线斜率的倒数表示物体和小车系统的质量，斜率向下弯曲，知质量变大，知没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．
点评：解决本题的关键知道游标卡尺的读数方法，以及知道该实验误差形成的原因．