为了探究加速度与力的关系,使用如图1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G1、G2光电门时,光束被遮挡的时间△t1、△t2都可以

◎ 题目

为了探究加速度与力的关系,使用如图1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G1、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,两个光电门间距离为x,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,其方法是:在不挂砝码的情况下,将滑行器自由放在导轨上,如果滑行器能在任意位置静止不动,或轻轻推滑行器后,能使滑行器______运动,说明气垫导轨是水平的.

(2)若取M=0.4kg,改变m的值,进行多次实验,以下m的取值最不合适的一个是______.
A.m1=5gB.m2=15gC.m3=40gD.m4=400g
(3)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a=______(用△t1、△t2、D、x表示).
(4)在验证牛顿第二定律的实验中,某同学作出的a-
1
M
关系图象如图2.从图象可以看出,作用在研究对象上的恒力F=______N,当物体的质量M=5kg时,它的加速度a=______m/s2

◎ 答案

(1)如果滑行器能在任意位置静止不动,或轻轻推滑行器后,能使滑行器匀速运动,说明气垫导轨是水平的.
(2)根据牛顿第二定律得,整体的加速度a=
mg
M+m
,隔离对滑行器分析,绳子的拉力F=Ma=
Mmg
M+m
=
mg
1+
m
M
,知到那个m远小于M时,砝码的重力等于滑行器的合力.所以最不合适的是:D.
(3)滑行器通过光电门1、2的速度v1=
D
t1
v2=
D
t2
,根据速度位移公式v22-v12=2ax
得,a=
v22-v12
2x
=
(
D
t2
)2-(
D
t1
)2
2x

(4)图线的斜率等于恒力F的大小,即F=
1
0.4
=2.5N
,则物体的质量M=5kg时,它的加速度a=
F
M
=
2.5
5
m/s2=0.5m/s2

故答案为:(1)匀速 (2)D (3)
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