Question

如圖甲是某同學研究“小車加速度與力”的關系的實驗裝置，他將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，每次小車都從同一位置A由靜止釋放，測得s_AB=50cm，遮光條的寬度d=1.14cm．（計算保留三位有效數字）

 （1）某次實驗時，由數字計時器讀出遮光條通過光電門的時間t₁=2.0×10^-2s，則小車經過光電門時的速度v₁=

0.570

m/s；
（2）本次實驗中小車運動的加速度a₁=

0.325

m/s²；
（3）實驗中，該同學認為細線對小車的拉力F等于重物重力的大小，改變重物的重量測出多組重物的重量和對應遮光條通過光電門的時間，計算出小車相應運動的加速度a，通過描點作出圖象乙，分析圖線的AB段可得出的實驗結論是

a隨F的增加線性增大

；圖象不通過坐標原點的原因是

操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足

．
（4）小車的質量M=

0.500

kg；
（5）此圖線的BC段明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是

C

．
A．小車與軌道間存在摩擦B．導軌保持了水平狀態
C．重物的總重量太大D．所用小車的質量太大．

Answer 1

分析：（1）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．
（2）根據勻變速直線運動的速度位移公式求出滑塊的加速度．
（3）由圖可知開始有外力時，而小車的加速度為零，說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．
（4）該實驗要求滿足小車的質量大于大于鉤碼的質量．

解答：解：（1）數字計時器記錄通過光電門的時間，由位移公式計算出物體通過光電門的平均速度，
用該平均速度代替物體的瞬時速度，故在遮光條經過光電門時滑塊的瞬間速度為：v1=

d

t1

=

1.14×10-2

2.0×10-2

m/s=0.570m/s
（2）根據勻變速直線運動的速度位移公式v²=2as
得：a=

v 2 1

2s

=

0.572

2×0.5

m/s2=0.325m/s2
（3）分析圖線的AB段可得出的實驗結論是：AB段幾乎是直線，所以a隨F的增加線性增大；
開始當小車掛上重物時，加速度卻為零，線性圖象不通過坐標原點，故導致圖象不過原點的原因是木板傾角偏小．即說明操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．
（4）該實驗的研究對象是小車，采用控制變量法研究．當質量一定時，研究小車的加速度和小車所受合力的關系（含摩擦力）．
根據牛頓第二定律得：
對m：F-F_f=ma
解得：m=

F-Ff

a

=

1.2-0.2

2

=0.500kg
（5）此圖線的BC段明顯偏離直線向下彎曲，說明隨鉤碼質量的增加，不再滿足a隨F的增加線性增大；造成此誤差的主要原因未滿足小車的質量大于大于鉤碼的質量．故正確的選項為C，其他的選項錯誤．
故答案為：（1）0.570
（2）0.325
（3）a隨F的增加線性增大；未平衡摩擦力（其他合理解釋均可）
（4）0.500（0.485～0.511）
（5）C

點評：常用儀器的讀數要掌握，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．