Question

为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验．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G_l、G₂光电门时，光束被遮挡的时间△t₁、△t₂都可以被测量并记录．滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m．

回答下列问题：

（1）实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其它仪器的情况下，如何判定调节是否到位？答：

（2）用上述装置“探究滑块的加速度与力的关系实验”

若取M=0.4kg，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=5g    B．m₂=15g    C．m₃=40g      D．m₄=400g

‚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△t₁、△t₂、D、S表示）

（3）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             ．（用相应符号表示）

（4）某学习小组还想用此装置来“验证机械能守恒定律”，是否可行？      ．如可行，写出需要验证的表达式           ．

Answer

（1）接通气源，将滑行器静置于气垫导轨上，轻推滑行器，滑行器能基本做匀速直线运动．

（2）D，．

（3）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△t1、△t2，两光电门之间的距离s；mgs=．

（4）是，mgs=．

【解析】

试题分析：（1）明确实验原理以及气垫导轨装置的特点可正确解答；

（2）根据牛顿第二定律可以推导出滑行器受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等的条件，根据实验目的可知需要测量的数据；

光电门测量滑行器瞬时速度的原理是遮光条通过光电门的速度可以用平均速度代替即v=，再根据运动学公式即可求出物体的加速度a．

（3）本题“探究恒力做功与动能改变的关系”，则要知道恒力的大小，和小车的动能，所以要测量滑行器的质量M、砝码的质量m；要探究的结论是合外力做的功等于滑行器动能的变化量．

（4）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．

【解析】
（1）气垫导轨可以认为是光滑的，在判断其是否水平时可以采取的方法是：接通气源，将滑行器静置于气垫导轨上，轻推滑行器，滑行器能基本做匀速直线运动．

（2）实验中为了使砝码的重力等于绳子的拉力，即滑行器的合力，应该使砝码的总质量远小于滑行器的质量．

若取M=0.4kg，改变m的值，进行多次实验，m4=400g不能满足，故选D．

根据遮光条通过光电门的速度可以用平均速度代替得

通过第一个光电门的速度，滑块通过第二个光电门的速度，

加速度a==．

（3）根据动能定理得：Fs=，研究对象是滑行器，拉力等于砝码的重力，即F=mg，

所以表达式为mgs=，所以要测量的物理量为：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△t1、△t2，两光电门之间的距离s；

（4）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=．

故答案为：（1）接通气源，将滑行器静置于气垫导轨上，轻推滑行器，滑行器能基本做匀速直线运动．

（2）D，．

（3）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△t1、△t2，两光电门之间的距离s；mgs=．

（4）是，mgs=．

【点评】解决本题的关键理解实验的原理，知道当m的质量远小于M的质量，m的重力可以认为等于M所受的合力．“探究恒力做功与动能改变的关系”与“探究加速度与力、质量的关系”有很多类似之处，在平时学习中要善于总结、比较，提高对实验的理解能力．