Question

（10分）如图所示为气垫导轨的示意图．其中G₁、G₂为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过光电门G₁、G₂时，光束被遮挡的时间Δt₁、Δt₂都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的条形挡光片的总质量为M，挡光片水平宽度为D，两光电门间距为s，牵引砝码的质量为m.回答下列问题：

（1）用上述装置做“探究滑块的加速度与力的关系实验”．

①若M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________．

A．m₁＝5 g  B．m₂＝15 g   C．m₃＝40 g  D．m₄＝400 g

②在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：____.（用Δt₁、Δt₂、D、s表示）

（2）若用上述装置做“探究恒力做功与滑块动能改变的关系”实验，需要直接测量的物理量是_______，探究结果的表达式是________．（用相应的符号表示）

（3）某学习小组还想用此装置来“验证机械能守恒定律”，需要验证的表达式_______ ．

Answer

（1）①D；②； （2）砝码的质量m，滑行器的质量M，滑行器通过两光电门时光束被遮挡的时间Δt1、Δt2，两光电门之间的距离s，mgs＝

（3）mgs＝（M＋m）－（M＋m）

【解析】

试题分析：（1）①实验只有在满足m≪M的条件下，才可以将牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，所以D项是不合适的．

②由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，即有v1＝，v2＝，再根据运动学方程－＝2as得a＝

（2）根据动能定理，Fs＝M－M，研究对象是滑行器，拉力等于砝码的重力F＝mg，所以表达式为mgs＝，故需要测量的物理量为：砝码的质量m，滑行器的质量M，滑行器通过两光电门时光束被遮挡的时间Δt1、Δt2，两光电门之间的距离s.

（3）验证机械能守恒定律的研究对象是滑行器和砝码组成的系统，有

mgs＝（M＋m）－（M＋m）

考点：探究滑块的加速度与力的关系实验