Question

氣墊導軌的原理是利用從導軌表面小孔噴出的壓縮空氣，在滑塊與導軌之間形成很薄的空氣膜，使滑塊與導軌不直接接觸．因此在實驗中滑塊的運動可以近似看成無摩擦運動．如圖是簡化的氣墊導軌的示意圖．
某同學在驗證牛頓第二定律實驗中，在氣墊導軌末端固定一個光電門，滑塊上有一遮光板，寬板為△L（△L很小），光電門可記錄遮光板經過光電門時的遮光時間△t，實驗操作和處理如下：
（1）把導軌的一端用一塊木塊墊起，使滑塊從導軌的頂端由靜止滑下，遮光板經過光電門的時間△t1，滑塊經過光電門時的速度v1=______
（2）保持滑塊的質量一定，在導軌的一端分別墊二塊、三塊…相同的木塊，滑塊每次從同一位置滑下，并測出經過光電門的速度v當分別墊一塊和三塊木塊時，滑塊所受合外力之比為______
（3）只要驗證______ 即可驗證當質量不變時a與F成正比．
（4）導軌一端墊四塊木塊時，滑塊質量為m，滑塊所受合外力為F0要保證F不變，導軌一端墊兩塊木塊時，滑塊質量為______．

Answer 1

解：（1）遮光板通過光電門的時間非常小，因此可以平均速度代替其通過的瞬時速度，
滑塊經過光電門時的速度v₁=．
（2）滑塊在斜面上受重力和支持力，合力等于重力沿斜面向下的分力．即F_合=mgsinθ
保持滑塊的質量一定，在導軌的一端分別墊二塊、三塊…相同的木塊，滑塊每次從同一位置滑下，
當分別墊一塊和三塊木塊時，斜面的傾角的正弦值為1：3，所以滑塊所受合外力之比為1：3．
（3）由于滑塊做初速度為零的勻加速運動，所以加速度a=
所以只要驗證v²與合外力F成正比即可驗證當質量不變時a與F成正比．
（4）導軌一端墊四塊木塊時，滑塊質量為m，滑塊所受合外力為F，要保證F不變，導軌一端墊兩塊木塊時，
一端墊四塊木塊與一端墊兩塊木塊，斜面的傾角的正弦值為2：1，
而F_合=mgsinθ，所以滑塊質量為2m．
故答案為：（1）
（2）1：3
（3）v²與合外力F成正比
（4）2m
分析：（1）遮光板通過光電門的時間非常小，因此可以平均速度代替其通過的瞬時速度，據此可以求出窄片通過光電門I時的速度大小．
（2）在導軌的一端分別墊二塊、三塊…相同的木塊，改變了斜面的傾角，根據受力分析和牛頓第二定律求解．
（3）根據運動學公式進行分析．
（4）根據F_合=mgsinθ得墊四塊木塊和墊兩塊木塊時的質量關系．
點評：對于課本中的基本力學實驗，無論形式如何變化，只要根據所學基本物理知識，弄清其實驗原理，即可找到解決問題的突破口．