Question

如圖1所示為一氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝有一個(gè)光電門(mén)B，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，力傳感器可測(cè)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(cè)量遮光條的寬度d，如圖2所示，則d=

2.25

mm．
（Ⅱ）實(shí)驗(yàn)時(shí)，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間t=1.0×10^-2s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)B時(shí)的瞬時(shí)速度為

0.225

m/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(cè)量的物理量是

遮光條到光電門(mén)的距離L

（文字說(shuō)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(qǐng)?zhí)顚?xiě)選項(xiàng)前對(duì)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(mén)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(cè)出對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t，通過(guò)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(shí)應(yīng)作出

1

t2

-F

圖象．（選填“t²-F”、“

1

t

-F”或“

1

t2

-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(dòng)能變化量關(guān)系，還需測(cè)量的物理量是

遮光條到光電門(mén)的距離L、滑塊A的質(zhì)量M，

（文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示）；驗(yàn)證的表達(dá)式為

FL=

Md2

2t2

．
（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(dòng)刻度讀數(shù)，不需要估讀．
滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的平均速度．根據(jù)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shì)能減少了mgs，系統(tǒng)動(dòng)能增加了

1

2

（M+m）（

d

△t

）²，所以我們可以通過(guò)比較mgs和

1

2

（M+m）（

d

△t

）²的大小來(lái)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5條刻度線與主尺對(duì)齊，即游標(biāo)尺讀數(shù)是5×0.05mm=0.25 mm；所以d=2mm+0.25mm=2.25 mm；
（Ⅱ）實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間t，滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的平均速度．
即v=

d

t

=

2.25×0.001

0.01

=0.225m/s
（Ⅲ）①根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式a=

v2

2L

得若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是遮光條到光電門(mén)的距離L
②A、拉力是直接通過(guò)傳感器測(cè)量的，故與小車質(zhì)量和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；
B、應(yīng)使A位置與光電門(mén)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=

d

t

，a=

F

M

，

d2

t2

=2

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(shí)應(yīng)作出

1

t2

-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(dòng)能變化量關(guān)系，合外力做功是FL，動(dòng)能變化量是

1

2

Mv²=

Md2

2t2

還需測(cè)量的物理量是遮光條到光電門(mén)的距離L、滑塊A的質(zhì)量M，驗(yàn)證的表達(dá)式為FL=

Md2

2t2

．
（Ⅴ）設(shè)遮光條前進(jìn)了s，鉤碼的重力勢(shì)能減少了mgs，系統(tǒng)動(dòng)能增加了

1

2

（M+m）（

d

△t

）²，
所以我們可以通過(guò)比較mgs和

1

2

（M+m）（

d

△t

）²的大小來(lái)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：（1）（Ⅰ）2.25；（Ⅱ）0.225；（Ⅲ）①遮光條到光電門(mén)的距離L；②A；③

1

t2

-F；（Ⅳ）遮光條到光電門(mén)的距離L、滑塊A的質(zhì)量M，F(xiàn)L=

Md2

2t2

；（Ⅴ）能

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)．