Question

1．為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如圖所示的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．其中G₁、G₂為兩個(gè)光電門，它們與數(shù)字計(jì)時(shí)器相連，當(dāng)滑行器通過G_l、G₂光電門時(shí)，光束被遮擋的時(shí)間△t₁、△t₂都可以被測量并記錄．滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度為D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m．
回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平，在不增加其它儀器的情況下，如何判定調(diào)節(jié)是否到位？答：滑行器經(jīng)過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等
（2）用上述裝置“探究滑塊的加速度與力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)”
?若取M=0.4kg，改變m的值，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，以下m的取值不合適的一個(gè)是D
A．m₁=5g　　　　B．　m₂=15g　　　　C．m₃=40g　　　　D．m₄=400g
?在此實(shí)驗(yàn)中，需要測得每一個(gè)牽引力對(duì)應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為：$\frac{（\frac{D}{△{t}_{2}}）^{2}-（{\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$（用△t₁、△t₂、D、S表示）
（3）若用上述裝置做“探究恒力做功與滑塊動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，需要直接測量的物理量是牽引砝碼的質(zhì)量m，滑塊M，滑行器通過兩光電門時(shí)光束被遮擋的時(shí)間△t₁、△t₂，探究結(jié)果的表達(dá)式是mgs=$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）²（用相應(yīng)符號(hào)表示）
（4）某學(xué)習(xí)小組還想用此裝置來“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，是否可行？是．如可行，寫出需要驗(yàn)證的表達(dá)式mgs=mgs=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）²．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)氣墊導(dǎo)軌水平時(shí)，滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，通過光電門的速度相等，即光電門的擋光時(shí)間相等．
（2）在實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為m的重力等于滑塊所受的合力，所以m的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于M的質(zhì)量．滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的速度近似等于滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的平均速度，由速度公式可以求出滑塊的速度，然后由勻變速運(yùn)動(dòng)的速度位移公式求出滑塊的加速度．
（3）“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”，則要知道恒力的大小，和小車的動(dòng)能，所以要測量滑行器的質(zhì)量M、砝碼的質(zhì)量m；要探究的結(jié)論是合外力做的功等于滑行器動(dòng)能的變化量．
（4）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的研究對(duì)象是滑行器和砝碼組成的系統(tǒng)．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)開始應(yīng)先調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的螺釘，在不掛重物的情況下輕推滑塊，若滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即滑塊通過光電門速度相等，則光電門的擋光時(shí)間相等，證明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2））在實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)為m的重力等于滑塊所受的合力，所以m的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于M的質(zhì)量．故選D．
滑塊經(jīng)過光電門的速度v₂=$\frac{D}{△{t}_{2}}$，v₁=$\frac{D}{△{t}_{1}}$，由勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式得：v₂²-v₁²=2as，解得：a=$\frac{（\frac{D}{△{t}_{2}}）^{2}-（{\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$；
（3）由動(dòng)能定理得：Fs=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²，
研究對(duì)象是滑行器，拉力等于砝碼的重力，即F=mg，
所以表達(dá)式為mgs=$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）²，所以要測量的物理量為：砝碼的質(zhì)量m，滑行器的質(zhì)量M，
滑行器通過兩光電門時(shí)光束被遮擋的時(shí)間△t₁、△t₂，兩光電門之間的距離s；
（4）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的研究對(duì)象是滑行器和砝碼組成的系統(tǒng)，由能量守恒定律得：mgs=mgs=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）²；
故答案為：（1）滑行器經(jīng)過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等；（2）D；$\frac{（\frac{D}{△{t}_{2}}）^{2}-（{\frac{D}{△{t}_{1}}）}^{2}}{2s}$；（3）牽引砝碼的質(zhì)量m，滑塊M，滑行器通過兩光電門時(shí)光束被遮擋的時(shí)間△t₁、△t₂；mgs=$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）²；
（4）是；mgs=mgs=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{2}}$）²-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{D}{△{t}_{1}}$）²．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵理解實(shí)驗(yàn)的原理，知道當(dāng)m的質(zhì)量遠(yuǎn)小于M的質(zhì)量，m的重力可以認(rèn)為等于M所受的合力．“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”與“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”有很多類似之處，在平時(shí)學(xué)習(xí)中要善于總結(jié)、比較，提高對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解能力．