Question

如圖甲所示的光電門傳感器是測定瞬時速度大小的儀器，其原理是發射端發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，和它連接的數字計時器可記下擋光的時間△t，則可以求出運動物體通過光電門時的瞬時速度大小．
（1）為了減小測量瞬時速度的誤差，應該選擇寬度比較

 

（選填“寬”或“窄”）的擋光板．
（2）如圖乙所示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點由靜止釋放．
①如圖丙所示，用游標卡尺測出擋光板的寬度d=

 

mm，實驗時將小車從圖乙中的A點由靜止釋放，由數字計時器記下擋光板通過光電門時擋光的時問間隔△t=0.02s，則小車通過光電門時的瞬時速度大小為

 

m/s；
②實驗中設小車的質量為m₁，重物的質量為m₂，則在m₁與m₂滿足關系

 

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測出多組重物的質量m₂和對應擋光板通過光電門的時間血，并算出小車經過光電門時的速度△t，通過描點作出線性圖象，研究小車的加速度與力之間的關系．處理數據時應作出

 

（選填“v-m₂”或“v²-m₂，”）圖象；
④某同學在③中作出的線性圖象不過坐標原點，其可能的原因是

 

．

Answer 1

分析：1、極短時間內的平均速度大小可以近似認為是該時刻的瞬時速度大小．
2、游標卡尺的讀數等于主尺讀數加上游標讀數，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量M不變，因此有：v²=2as=

2mg

M

s，可知畫出v²-m圖象可以直觀的得出結論．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．

解答：解：（1）極短時間內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游標卡尺的主尺讀數為11mm，游標讀數為0.05×10mm=0.50mm，
所以最終讀數為：11mm+0.50mm=11.50mm；
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：v=

d

△t

=0.575　m/s
②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．
那么小車的合力怎么改變和測量呢？為消除摩擦力對實驗的影響，可以把木板D的左端適當墊高，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．
根據牛頓第二定律得：
對m₂：m₂g-F_拉=m₂a
對m₁：F_拉=m₁a
解得：F_拉=

m2m1g

m2+m1

當m₁＞＞m₂時，即當重物重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于重物的總重力．
③由題意可知，該實驗中保持小車質量M不變，因此有：v²=2as=

2m2g

m1

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．
故答案為：（1）窄
（2）①11.50，0.575
②m₁＞＞m₂
③v²-m₂
④操作過程中沒有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不足．

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．