Question

某实验小组利用如图甲所示的实验装置来“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”．光电计时器和气垫导

某实验小组利用如图甲所示的实验装置来“探究物体运动的加速度与合外力、质量关系”．光电计时器和气垫导轨是一种研究物体运动情况的常见仪器，如图乙所示a、b分别是光电门的激光发射和接收装置．当物体从a、b间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．实验前需要调节气垫导轨使之平衡．为了测量滑块的加速度a，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t，用天平测钩码的质量m和滑块的质量M，测出滑块上的遮光条初始位置到光电门的距离L，测得遮光条的宽度d（d＜L）．（1）小车的加速度表达式a=______（用字母表示）（2）实验中如把砝码的重力当作小车的合外力F，作出a-F图线，如图丙中的实线所示．试分析：图线不通过坐标原点O的原因是______，曲线上部弯曲的原因是______．

Answer 1

（1）通过光电门的速度v= d t ，根据匀变速运动的公式v 2 =2aL，a= v 2 2L = d 2 2L t 2 ． （2）图线不通过坐标原点O，知未加拉力时，已有加速度，知平衡摩擦力过度．a-F图线的斜率表示质量的倒数，开始钩码重力比较小，钩码重力基本等于绳子的拉力，斜率为滑块质量的倒数，斜率不变．当上部于钩码的重力比较大，不满足滑块的质量M远大于钩码的质量m，钩码重力不等于绳子的拉力，只有对整体研究，钩码的重力才表示合力，但斜率的倒数为M+m的倒数，所以上部图线弯曲． 故本题答案为：（1） d 2 2L t 2  （2）平衡摩擦力过度，没有满足滑块的质量M远大于钩码的质量m．