Question

某同学设计了用光电门传感器“探究小车的加速度a与小车所受拉力F及质量m关系”的实验．
（1）如图甲所示，在小车上固定宽度为L的挡光片，将两个光电门传感器固定在相距为d的轨道上，释放小车，传感器记录下小车经过光电门的时间△t₁、△t₂，可以测得小车的加速度a=

 

（用题中的符号L、d、△t₁、△t₂表示），用游标卡尽测得挡光片的宽度L如图乙所示，则L=

 

mm
（2）在该实验中必须采用

 

法（填物理方法），应保持

 

不变，通过改变钩码的个数来改变小车所受的拉力大小，研究加速度a随拉力F变化的规律．
（3）该同学多次重复测量，作出a-F图，如图丙所示，发现该图线不通过坐标原点，分析可能原因为

 

，此图线的BC段明显偏离直线，分析可能的原因为

 

．（均选填“A、B、C或D”）
A．轨道保持了水平状态   B．轨道右端垫的过高    C．轨道左端垫的过高
D．所用小车的质量太大   E．所挂钩码的总质量太大

Answer 1

分析：由于遮光条通过光电门的时间极短，可以用平均速度表示瞬时速度，根据匀变速直线运动的速度位移公式求出滑块的加速度．
在“探究加速度a与物体所受合力F及质量m关系”的实验中，通过控制变量法，先控制m一定，验证a与F成正比，再控制F一定，验证a与m成反比；实验中用砂和砂桶的重力代替小车的合力，故要通过将长木板右端垫高来平衡摩擦力和使小车质量远大于砂和砂桶质量来减小实验的误差！

解答：解：（1）数字计时器记录通过光电门的时间，由位移公式计算出物体通过光电门的平均速度，
用该平均速度代替物体的瞬时速度，故在遮光条经过光电门时滑块的瞬间速度为：v₁=

L

△t1

与v₂=

L

△t2

；
根据匀变速直线运动的速度位移公式v₂²-v₁²=2ad；
解得：a=

v22-v12

2d

=

( L △t2 )2-( L △t1 )2

2d

游标卡尺的主尺读数为5mm，游标读数是0×0.1mm=0.0mm，故最后读数为：5mm+0.0mm=5.0mm．
（2）在本实验操作中，采用了“控制变量法”，即先保持一个变量不变，看另外两个变量之间的关系，具体操作是：先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者间的关系．
（3）开始当小车挂上重物时，加速度却为零，线性图象不通过坐标原点，故导致图象不过原点的原因是木板倾角偏小．即说明操作过程中没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．故选：A．
此图线的BC段明显偏离直线向下弯曲，说明随钩码质量的增加，不再满足a随F的增加线性增大；造成此误差的主要原因未满足小车的质量大于大于钩码的质量．故选：E．
故答案为：（1）

( L △t2 )2-( L △t1 )2

2d

；5.0；（2）控制变量法；小车质量；（3）A；E．

点评：常用仪器的读数要掌握，这是物理实验的基础．处理实验时一定要找出实验原理，根据实验原理我们可以寻找需要测量的物理量和需要注意的事项．
利用匀变速直线的规律以及推论解答实验问题，在平时练习中要加强基础知识的理解与应用，提高解决问题能力．
实验用控制变量法，本实验只有在满足平衡摩擦力和小车质量远大于砂和砂桶质量的双重条件下，才能用砂和砂桶重力代替小车所受的合力！