Question

【題目】某探究學習小組的同學要驗證“牛頓第二定律”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，水平軌道上安裝兩個光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤，實驗時，調整軌道的傾角正好能平衡小車所受的摩擦力（圖中未畫出）。

(1)該實驗中小車所受的合力________（填“等于”或“不等于”）力傳感器的示數，該實驗________（填“需要”或“不需要”）滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量；

(2)通過實驗可以獲得以下測量數據：小車、傳感器和擋光板的總質量M，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離為s．若某次實驗過程中測得力傳感器的讀數為F，小車通過光電門1和2的擋光時間分別為t1、t2（小車通過光電門2后，砝碼盤才落地），已知重力加速度為g，則該實驗要驗證的表達式是F=________。

Answer 1

【答案】 （1）等于 不需要 （2）

【解析】試題分析：（1）由于軌道傾角已調好，使重力的分力與摩擦力平衡，所以繩子對小車的拉力就等于小車受到的合力，力傳感器顯示的就是繩子的拉力。小車受的合力直接由傳感器顯示出來，不需要用砝碼和砝碼盤的總重力來代替了，所以就不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量。（2）由于小車過光電門的時間很短，可有平均速度代替瞬時速度，過光電門1時的速度，過光電門2時的速度，加速度，由牛頓第二定律，，代入整理可得結果。