Question

光电计时器是一种研究物体运动情况的常见仪器。当有物体从光电门通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间。现利用如图所示装置探究物体的加速度与合外力的关系，其 NQ是水平桌面，PQ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（与之连接的两个光电计时器没有画出）。小车上固定着用于挡光的窄片K，测得其宽度为d，让小车从木板的顶端滑下，光电门各自连接的计时器显示窄片K的挡光时间分别为t₁和t₂

（1）为了计算出小车的加速度，除了测量d、t₁和t₂之外，还需要测量____________________，则用这些物理量计算加速度的表达式为a=____________________；

（2）该实验中，在改变小车的质量M或沙桶的总质量m时，必须保持M >>m，这样做的原因是_____________________________________________________________；

（3）为实现对力与加速度关系的研究，请将原来的实验装置或原理稍加改变，使实验中不需要保持M >>m的条件？简要写出改变方法______________________________________________________________。

Answer

（1）两个光电门之间的距离； （2）实验中我们认为，当时，小车所受合外力大小等于mg，所以这样做的目的是让小车所受合外力大小等于mg（3）在拉动小车的绳子上装上力传感器，直接显示小车受到的拉力，就不需要用沙桶的总重力代替小车受到的合外力，这样就不需要保持的条件。

【解析】

试题分析：（1）通过光电门的测量我们计算出了通过光电门1的速度为：，通过2时的速度为：，如果测出经过1、2时的距离为x，根据，解得：，所以还需要测量光电门之间的距离；（2）严格分析应用整体法小车的加速度为：，隔离小车后绳子拉力为，实验中我们认为，当时，小车所受合外力大小等于mg，所以这样做的目的是让小车所受合外力大小等于mg；（3）在拉动小车的绳子上装上力传感器，直接显示小车受到的拉力，就不需要用沙桶的总重力代替小车受到的合外力，这样就不需要保持的条件。

考点：本题考查了探究加速度与物体质量、物体受力的关系

【名师点睛】匀变速直线运动的规律可以得知所需的物理量，根据整体法和隔离法可以得出实验中需要满足的条件