Question

19．如圖甲的光電門(mén)傳感器是測(cè)定瞬時(shí)速度大小的儀器．其原理是發(fā)射端發(fā)出一束很細(xì)的紅外線到接收端，當(dāng)固定在運(yùn)動(dòng)物體上的一個(gè)已知寬度為d的擋光板通過(guò)光電門(mén)擋住紅外線時(shí)，和它連接的數(shù)字計(jì)時(shí)器可記下?lián)豕獾臅r(shí)間△t，則可以求出運(yùn)動(dòng)物體通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度大�。�

（1）為了減小測(cè)量瞬時(shí)速度的誤差，應(yīng)選擇寬度比較窄（選填“寬”或“窄”）的擋光板．
（2）如圖乙是某同學(xué)利用光電門(mén)傳感器探究小車加速度與力之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置，他將該光電門(mén)固定在水平軌道上的B點(diǎn)，用不同重物通過(guò)細(xì)線拉同一小車，小車每次都從同一位置A點(diǎn)靜止釋放．
①如圖丙所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光板的寬度d=11.40mm，實(shí)驗(yàn)時(shí)將小車從圖乙A點(diǎn)靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器記下?lián)豕獍逋ㄟ^(guò)光電門(mén)時(shí)擋光時(shí)間間隔△t=0.02s，則小車通過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度大小為0.57m/s；
②實(shí)驗(yàn)中設(shè)小車的質(zhì)量為m₁，重物的質(zhì)量為m₂，則在m₁與m₂滿足關(guān)系式m₁＞＞m₂時(shí)可近似認(rèn)為細(xì)線對(duì)小車的拉力大小與重物的重力大小相等；
③測(cè)出多組重物的質(zhì)量m₂和對(duì)應(yīng)擋光板通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間△t，并算出小車經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度v，通過(guò)描點(diǎn)作出線性圖象，研究小車的加速度與力之間的關(guān)系．處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出v²-m₂圖象（選填“v-m₂”或“v²-m₂”）；
④某同學(xué)在③中作出的線性圖象不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，其可能的原因是操作過(guò)程中沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

Answer 1

分析 1、極短時(shí)間內(nèi)的平均速度大小可以近似認(rèn)為是該時(shí)刻的瞬時(shí)速度大�。�
2、游標(biāo)卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀，由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短，可以用平均速度表示瞬時(shí)速度．根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的速度位移公式求出滑塊的加速度．
為使繩子的拉力等于重物的重力，M應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于m；由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2mg}{M}$s，可知畫(huà)出v²-m圖象可以直觀的得出結(jié)論．由圖可知開(kāi)始有外力時(shí)，而小車的加速度為零，說(shuō)明操作過(guò)程中沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

解答 解：（1）極短時(shí)間內(nèi)的平均速度大小可以近似認(rèn)為是該時(shí)刻的瞬時(shí)速度大小，所以應(yīng)該選擇寬度比較窄的擋光板．
（2）①游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為11mm，游標(biāo)讀數(shù)為0.05×8mm=0.40mm，
所以最終讀數(shù)為：11mm+0.40mm=11.40mm；
數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間，由位移公式計(jì)算出物體通過(guò)光電門(mén)的平均速度，
用該平均速度代替物體的瞬時(shí)速度，故在遮光條經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)滑塊的瞬間速度為：v=$\fracuoh9cim{△t}$=0.57　m/s
②該實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是小車，采用控制變量法研究．當(dāng)質(zhì)量一定時(shí)，研究小車的加速度和小車所受合力的關(guān)系．
那么小車的合力怎么改變和測(cè)量呢？為消除摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可以把木板D的左端適當(dāng)墊高，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．
根據(jù)牛頓第二定律得：
對(duì)m₂：m₂g-F_拉=m₂a
對(duì)m₁：F_拉=m₁a
解得：F_拉=$\frac{{m}_{2}{m}_{1}g}{{m}_{2}+{m}_{1}}$
當(dāng)m₁＞＞m₂時(shí)，即當(dāng)重物重力要遠(yuǎn)小于小車的重力，繩子的拉力近似等于重物的總重力．
③由題意可知，該實(shí)驗(yàn)中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2{m}_{2}g}{{m}_{1}}$s，
由題意可知，m₁、s不變，畫(huà)出v²-m₂圖象，若圖象為過(guò)原點(diǎn)的直線，則說(shuō)明外力和加速度成正比，故畫(huà)出v²-m₂圖象可以直觀的得出結(jié)論．
④開(kāi)始當(dāng)小車掛上重物時(shí)，加速度卻為零，線性圖象不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，故導(dǎo)致圖象不過(guò)原點(diǎn)的原因是木板傾角偏�。�即說(shuō)明操作過(guò)程中沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．
故答案為：（1）窄；
（2）①11.40，0.57；
②m₁＞＞m₂；③v²-m₂；④操作過(guò)程中沒(méi)有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

點(diǎn)評(píng) 常用儀器的讀數(shù)要掌握，這是物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)．處理實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要找出實(shí)驗(yàn)原理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理我們可以尋找需要測(cè)量的物理量和需要注意的事項(xiàng)．