Question

4．如圖為一氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有一個光電門B，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，力傳感器可測出繩子上的拉力大小．傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放．

（Ⅰ）該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d=2.30mm．
（Ⅱ）實(shí)驗(yàn)時，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t=1.0×10^-2s，則滑塊經(jīng)過光電門B時的瞬時速度為0.23m/s．
（Ⅲ）若某同學(xué)用該實(shí)驗(yàn)裝置探究加速度與力的關(guān)系，
①要求出滑塊的加速度，還需要測量的物理量是遮光條到光電門的距離L（文字說明并用相應(yīng)的字母表示）．
②下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是A．（請?zhí)顚戇x項(xiàng)前對應(yīng)的字母）
A．滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量
B．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些
C．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平
D．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行
③改變鉤碼質(zhì)量，測出對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時間t，通過描點(diǎn)作出線性圖象，研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出$\frac{1}{{t}^{2}}$-F圖象．（選填“t²-F”、“$\frac{1}{t}$-F”或“$\frac{1}{{t}^{2}}$-F”）．
（Ⅳ）若某同學(xué)用該實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證滑塊A所受合外力做功與動能變化量關(guān)系，還需測量的物理量是遮光條到光電門的距離L、滑塊A的質(zhì)量M（文字說明并用相應(yīng)的字母表示）；驗(yàn)證的表達(dá)式為FL=$\frac{Mui4qcqi^{2}}{2{t}^{2}}$．
（Ⅴ）該實(shí)驗(yàn)裝置能否用于驗(yàn)證滑塊A、鉤碼和力傳感器組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒？能（填“能”或“不能”）

Answer 1

分析 游標(biāo)卡尺讀數(shù)結(jié)果等于固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，不需要估讀．
滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度．根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式解答．
用細(xì)線拉力表示合力，要考慮摩擦力的影響．
根據(jù)功的定義式求出合力功，再與動能的變化進(jìn)行比較判斷．
設(shè)遮光條前進(jìn)了s，鉤碼的重力勢能減少了mgs，系統(tǒng)動能增加了$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fraciqcmamy{△t}$）²，所以我們可以通過比較mgs和$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frack44ym0m{△t}$）²的大小來驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律．

解答 解：（Ⅰ）由圖知主尺讀數(shù)是2mm，游標(biāo)尺第6條刻度線與主尺對齊，即游標(biāo)尺讀數(shù)是6×0.05mm=0.30 mm；所以d=2mm+0.30mm=2.30 mm；
（Ⅱ）實(shí)驗(yàn)時，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門B的時間t，滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度．
即v=$\fracagsgscs{t}$=$\frac{2.30×1{0}^{-3}}{0.01}$=0.23m/s
（Ⅲ）①根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式a=$\frac{{v}^{2}}{2L}$ 得若要得到滑塊的加速度，還需要測量的物理量是遮光條到光電門的距離L
②A、拉力是直接通過傳感器測量的，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故A錯誤；
B、應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B正確
C、應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，使拉力才等于合力，故C正確
D、要保持拉線方向與木板平面平行，拉力才等于合力，故D正確；
本題選不必要的一項(xiàng)，故選A．
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，
v=$\frac0kwgweu{t}$，a=$\frac{F}{M}$，$\frac{se8isgs^{2}}{{t}^{2}}$=2$\frac{F}{M}$L
所以研究滑塊的加速度與力的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出$\frac{1}{{t}^{2}}$-F圖象．
（Ⅳ）若某同學(xué)用該實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證滑塊A所受合外力做功與動能變化量關(guān)系，合外力做功是FL，動能變化量是$\frac{1}{2}$Mv²=$\frac{M0makcma^{2}}{2{t}^{2}}$
還需測量的物理量是遮光條到光電門的距離L、滑塊A的質(zhì)量M，驗(yàn)證的表達(dá)式為FL=$\frac{Mei44eqg^{2}}{2{t}^{2}}$．
（Ⅴ）設(shè)遮光條前進(jìn)了s，鉤碼的重力勢能減少了mgs，系統(tǒng)動能增加了$\frac{1}{2}$（M+m）（$\fracqwi4mam{△t}$）²，
所以我們可以通過比較mgs和$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac4w44oaq{△t}$）²的大小來驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定律．
即該實(shí)驗(yàn)裝置能用于驗(yàn)證滑塊A、鉤碼和力傳感器組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒．
故答案為：（ I） 2.30； 
（ II）0.23；
（ III）①遮光條到光電門的距離L； ②A；③$\frac{1}{{t}^{2}}$-F；
（ IV）遮光條到光電門的距離L、滑塊A的質(zhì)量M；FL=$\frac{Mgqcowoa^{2}}{2{t}^{2}}$；
（ V）能．

點(diǎn)評 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量的物理量和需要注意的事項(xiàng)．