Question

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)情況的常見計(jì)時(shí)儀器，每個(gè)光電門都是由激光發(fā)射和接收裝置組成．當(dāng)有物體從光電門通過時(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木板，1、2是固定在木板上間距為L的兩個(gè)光電門（與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒有畫出）．可以裝載鉤碼的小車上固定著用于擋光的窄片K，讓小車從木板的頂端滑下，光電門各自連接的計(jì)時(shí)器顯示窄片K的擋光時(shí)間分別為t₁和t₂．
（1）該實(shí)驗(yàn)中，在改變小車的質(zhì)量M或沙桶的總質(zhì)量m時(shí)，始終要保持M＞＞m，這樣做的目的是

小車所受合外力大小等于（或近似等于）mg

．
（2）在某次測量中，窄片K的寬度d=8.00×10^-3m（已知L＞＞d），光電門1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為t₁=4.0×10^-2s，t₂=2.0×10^-2s；用米尺測量兩光電門的間距為L=0.40m，則小車的加速度大小a=

0.15

 m/s²．

Answer 1

分析：解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．
為消除摩擦力對實(shí)驗(yàn)的影響，可以把木板的左端適當(dāng)墊高，沙桶的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，可使小車的合力近似等于沙桶總重力來測量．
光電門測量瞬時(shí)速度是實(shí)驗(yàn)中常用的方法．由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．

解答：解：（1）設(shè)小車的質(zhì)量為M，沙桶的質(zhì)量為m，根據(jù)牛頓第二定律得：
對m：mg-F_拉=ma
對M：F_拉=Ma
解得：F_拉=

mg

1+ m M

當(dāng)m＜＜M時(shí)，即當(dāng)沙桶的總重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于沙桶的總重力．
這樣做的目的是小車所受合外力大小等于（或約等于）mg．
（2）運(yùn)用光電門測量瞬時(shí)速度：
v₁=

d

t1

=0.2m/s
v₂=

d

t2

=0.4m/s
小車的加速度大小a=

v 2 2 -v 2 1

2L

=0.15m/s²
故答案為：（1）小車所受合外力大小等于（或近似等于）mg
（2）0.15

點(diǎn)評：對于實(shí)驗(yàn)我們要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．
這樣問題我們要從實(shí)驗(yàn)原理和減少實(shí)驗(yàn)誤差方面去解決．