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(jiàn)計(jì)時(shí)儀器，每個(gè)光電門(mén)都是由激光發(fā)射和接收裝置組成．當(dāng)有物體從光電門(mén)通過(guò)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(mén)（與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒(méi)有畫(huà)出）．小車(chē)上固定著用于擋光的窄片K，K的寬度d，讓小車(chē)從木板的頂端滑下，光電門(mén)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(mén)的間距為l，則小車(chē)的加速度表達(dá)式a=$\frac{（\frac1166666{{t}_{2}^{\;}}）_{\;}^{2}-（\frac1661111{{t}_{1}^{\;}}）_{\;}^{2}}{2l}$（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(chē)受的合外力，就必須平衡摩擦力
（3）某位同學(xué)通過(guò)測(cè)量，把砂和砂桶的重量當(dāng)作小車(chē)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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O的原因是平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大；曲線上部彎曲的原因是沒(méi)有滿足小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．．

Answer 1

分析 （1）小車(chē)做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)速度v=$\frac1161166{t}$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(lái)平衡摩擦力，若物體能勻速運(yùn)動(dòng)則說(shuō)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(lái)代替瞬時(shí)速度，因此有：
   v₁=$\frac6161166{{t}_{1}^{\;}}$        v₂=$\frac1611116{{t}_{2}^{\;}}$
根據(jù)速度與位移關(guān)系可知小車(chē)的加速度大小為：a=$\frac{{v}_{2}^{2}-{v}_{1}^{2}}{2l}$
由上三式可解得：a=$\frac{（\frac1166611{{t}_{2}^{\;}}）_{\;}^{2}-（\frac6661661{{t}_{1}^{\;}}）_{\;}^{2}}{2l}$
（2）為了把繩子拉力當(dāng)作小車(chē)受的合外力，就必須平衡小車(chē)受到的摩擦力
（3）由圖2可知，開(kāi)始物體所受拉力為零時(shí)，卻產(chǎn)生了加速度，故操作過(guò)程中平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大．
所以：平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大（或平衡摩擦力過(guò)度），
根據(jù)牛頓第二定律，可知曲線上部彎曲的原因是：沒(méi)有滿足小車(chē)質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和砂桶的質(zhì)量．
故答案為：（1）$\frac{（\frac6666111{{t}_{2}^{\;}}）_{\;}^{2}-（\frac6161661{{t}_{1}^{\;}}）_{\;}^{2}}{2l}$     （2）平衡摩擦力      （3）平衡摩擦力時(shí)木板傾角過(guò)大          沒(méi)有滿足小車(chē)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(wú)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(wèn)題的突破口