Question

12．如圖甲所示的光電門傳感器是測定物體通過光電門的時間的儀器．其原理是發(fā)射端發(fā)出一束很細的紅外線到接收端，當固定在運動物體上的一個已知寬度為d的擋光板通過光電門擋住紅外線時，和它連接的數(shù)字計時器可記下?lián)豕獾臅r間△t，則可以求出運動物體通過光電門時的瞬時速度大�。�

（1）為了減小測量瞬時速度的誤差，應選擇寬度比較窄 （選填“寬”或“窄”）的擋光板．
（2）如圖乙是某同學利用光電門傳感器探究小車加速度與力之間關系的實驗裝置，他將該光電門固定在水平軌道上的B點，用不同重物通過細線拉同一小車，小車每次都從同一位置A點靜止釋放．
①如圖丙所示，用游標卡尺測出擋光板的寬度d=7.40 mm，實驗時將小車從圖乙A點靜止釋放，由數(shù)字計時器記下?lián)豕獍逋ㄟ^光電門時擋光時間間隔△t=0.02s，則小車通過光電門時的瞬時速度大小為0.37m/s；（結果保留兩位有效數(shù)字）
②實驗中設小車的質(zhì)量為m₁，重物的質(zhì)量為m₂，則在m₁與m₂滿足關系式m₁＞＞m₂時可近似認為細線對小車的拉力大小與重物的重力大小相等；
③測出多組重物的質(zhì)量m₂和對應擋光板通過光電門的時間△t，并算出小車經(jīng)過光電門時的速度v，通過描點作出兩物理量的線性關系圖象，可間接得出小車的加速度與力之間的關系．處理數(shù)據(jù)時應作出v²-m₂ 圖象（選填“v²-m₁”或“v²-m₂”）；
④某同學在③中作出的線性關系圖象不過坐標原點，如圖丁所示（圖中的m表示m₁或m₂，其可能的原因是操作過程中平衡摩擦力過量．

Answer 1

分析 （1）極短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認為是該時刻的瞬時速度大�。�
（2）游標卡尺的讀數(shù)等于主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀，由于遮光條通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度．根據(jù)勻變速直線運動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應遠遠大于m；由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量M不變，因此有：v²=2as=$\frac{2mg}{M}s$，可知畫出v²-m圖象可以直觀的得出結論．

解答 解：（1）極短時間內(nèi)的平均速度大小可以近似認為是該時刻的瞬時速度大小，所以應該選擇寬度比較窄的擋光板．
（2）①游標卡尺的讀數(shù)d=7mm+0.05×8mm=7.40mm，小車通過光電門時的瞬時速度大小為v=$\fracz4j2cim{△t}=\frac{7.40×1{0}^{-3}}{0.02}$m/s=0.37m/s．
②對整體分析，整體的加速度a=$\frac{{m}_{2}g}{{m}_{1}+{m}_{2}}$，細線的拉力F=m₁a=$\frac{{m}_{1}{m}_{2}g}{{m}_{1}+{m}_{2}}$=$\frac{{m}_{2}g}{1+\frac{{m}_{2}}{{m}_{1}}}$可知m₁＞＞m₂時，可近似認為細線對小車的拉力大小與重物的重力大小相等．
③由題意可知，該實驗中保持小車質(zhì)量m₁不變，因此有：v²=2as=$\frac{2{m}_{2}g}{{m}_{1}}$s，
由題意可知，m₁、s不變，畫出v²-m₂圖象，若圖象為過原點的直線，則說明外力和加速度成正比，故畫出v²-m₂圖象可以直觀的得出結論．
④由圖可知，m為零，v²不為零，相當于合力為零，加速度不為零，可知操作過程中平衡摩擦力過量．
故答案為：（1）窄，（2）①7.40，0.37，②m₁＞＞m₂，③v²-m₂，④操作過程中平衡摩擦力過量．

點評 常用儀器的讀數(shù)要掌握，這是物理實驗的基礎．處理實驗時一定要找出實驗原理，根據(jù)實驗原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項．