Question

气垫导轨的原理是利用从导轨表面小孔喷出的压缩空气，在滑块与导轨之间形成很薄的空气膜，使滑块与导轨不直接接触．因此在实验中滑块的运动可以近似看成无摩擦运动．如图是简化的气垫导轨的示意图．
某同学在验证牛顿第二定律实验中，在气垫导轨末端固定一个光电门，滑块上有一遮光板，宽板为△L（△L很小），光电门可记录遮光板经过光电门时的遮光时间△t，实验操作和处理如下：
（1）把导轨的一端用一块木块垫起，使滑块从导轨的顶端由静止滑下，遮光板经过光电门的时间△t1，滑块经过光电门时的速度v1=______
（2）保持滑块的质量一定，在导轨的一端分别垫二块、三块…相同的木块，滑块每次从同一位置滑下，并测出经过光电门的速度v当分别垫一块和三块木块时，滑块所受合外力之比为______
（3）只要验证______ 即可验证当质量不变时a与F成正比．
（4）导轨一端垫四块木块时，滑块质量为m，滑块所受合外力为F0要保证F不变，导轨一端垫两块木块时，滑块质量为______．

Answer 1

解：（1）遮光板通过光电门的时间非常小，因此可以平均速度代替其通过的瞬时速度，
滑块经过光电门时的速度v₁=．
（2）滑块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
保持滑块的质量一定，在导轨的一端分别垫二块、三块…相同的木块，滑块每次从同一位置滑下，
当分别垫一块和三块木块时，斜面的倾角的正弦值为1：3，所以滑块所受合外力之比为1：3．
（3）由于滑块做初速度为零的匀加速运动，所以加速度a=
所以只要验证v²与合外力F成正比即可验证当质量不变时a与F成正比．
（4）导轨一端垫四块木块时，滑块质量为m，滑块所受合外力为F，要保证F不变，导轨一端垫两块木块时，
一端垫四块木块与一端垫两块木块，斜面的倾角的正弦值为2：1，
而F_合=mgsinθ，所以滑块质量为2m．
故答案为：（1）
（2）1：3
（3）v²与合外力F成正比
（4）2m
分析：（1）遮光板通过光电门的时间非常小，因此可以平均速度代替其通过的瞬时速度，据此可以求出窄片通过光电门I时的速度大小．
（2）在导轨的一端分别垫二块、三块…相同的木块，改变了斜面的倾角，根据受力分析和牛顿第二定律求解．
（3）根据运动学公式进行分析．
（4）根据F_合=mgsinθ得垫四块木块和垫两块木块时的质量关系．
点评：对于课本中的基本力学实验，无论形式如何变化，只要根据所学基本物理知识，弄清其实验原理，即可找到解决问题的突破口．