Question

某实验小组利用如图甲所示的实验装置来“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”．光电计时器和气垫导轨是一种研究物体运动情况的常见仪器，如图乙所示a、b分别是光电门的激光发射和接收装置．当物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．实验前需要调节气垫导轨使之平衡．为了测量滑块的加速度a，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t，用天平测钩码的质量m和滑块的质量M，测出滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离L，测得遮光条的宽度d（d＜L）．
（1）小车的加速度表达式a=______（用字母表示）
（2）实验中如把砝码的重力当作小车的合外力F，作出a-F图线，如图丙中的实线所示．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

【答案】分析：（1）根据在很短位移内的平均速度等于瞬时速度求出通过光电门的速度，根据匀变速运动的公式v²=2aL，求出加速度．
（2）图线不通过坐标原点O，知未加拉力时，已有加速度，知平衡摩擦力过度．图线的斜率表示质量的倒数，上部弯曲是由于没有满足滑块的质量M远大于钩码的质量m．
解答：解：（1）通过光电门的速度v=，根据匀变速运动的公式v²=2aL，a=．
（2）图线不通过坐标原点O，知未加拉力时，已有加速度，知平衡摩擦力过度．a-F图线的斜率表示质量的倒数，开始钩码重力比较小，钩码重力基本等于绳子的拉力，斜率为滑块质量的倒数，斜率不变．当上部于钩码的重力比较大，不满足滑块的质量M远大于钩码的质量m，钩码重力不等于绳子的拉力，只有对整体研究，钩码的重力才表示合力，但斜率的倒数为M+m的倒数，所以上部图线弯曲．
故本题答案为：（1） （2）平衡摩擦力过度，没有满足滑块的质量M远大于钩码的质量m．
点评：解决本题的关键知道在很短位移内的平均速度等于瞬时速度可以求出通过光电门的速度．以及曲线上部弯曲的原因是没有满足滑块的质量M远大于钩码的质量m．