Question

光电门传感器也是一种研究物体运动情况的计时仪器，现利用图甲所示装置设计一个“验证物体产生的加速度与合外力、质量关系”的实验，图中NO是水平桌面，PO是一端带有滑轮的长木板，1、2是固定在木板上的两个光电门．小车上固定着用于挡光的窄片，让小车从木板的顶端滑下，光电门连接数据采集器，并把数据采集器和计算机连接，打开软件．

①该实验中，为了探究a与F 关系，必须使用的物理方法是

控制变量法

．
②已知窄片的宽度为d，计算机显示的光电门1、2的挡光时间分别为t₁、t₂．用米尺测量光电门间距为L（L远大于d），则小车的加速度表达式a=

d2

2L

(

1

t22

-

1

t12

)

（用题中所给的字母表示）．
③有位同学通过测量，作出a-F图线，如图乙中的实线所示．试分析：乙中图线不通过坐标原点的原因是

平衡摩擦力时木板倾角太大

；
乙中图线上部弯曲的原因是

没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量

．

Answer 1

分析：（1）在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究．
（2）根据运动学公式v2-v02=2ax，可以写出加速度的表达式；
（3）根据牛顿第二定律结合图象特点即可正确解答．

解答：解：①在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，由于变量较多，因此采用了“控制变量法”进行研究．探究a与F关系时，保持小车的质量m一定，研究a与F的关系．
②由于窄片K的宽度为d很小，因此可以利用其平均速度代替物体的瞬时速度，
故窄片K通过光电门1的速度表达式为：v1=

d

t1

窄片K通过光电门2的速度表达式：v2=

d

t2

根据运动学公式：v2-v02=2ax有：
a=

v22-v12

2L

=

d2

2L

(

1

t22

-

1

t12

)
③根据乙图可知，当没有挂砂和砂桶时，小车产生了加速度，因此说明平衡摩擦力时木板倾角太大；随着F的增大，即砂和砂桶质量的增大，不在满足砂和砂桶远小于小车的质量，因此曲线上部出现弯曲现象．
故答案分别为：
①控制变量法
②a=

d2

2L

(

1

t22

-

1

t12

)
③平衡摩擦力时木板倾角太大，没有满足小车质量远大于砂和砂桶的质量．

点评：对于实验问题一定要明确实验原理，并且亲自动手实验，熟练应用所学基本规律解决实验问题．