Question

光電計時器是一種研究物體運動情況的常見儀器．當有物體從光電門通過時，光電計時器就可以顯示物體的擋光時間，現利用如圖甲所示裝置探究物體的加速度與合外力、質量關系，其NQ是水平桌面，PQ是一端帶有滑輪的長木板，l、2是固定在木板上的兩個光電門（與之連接的兩個光電計時器沒有畫出）。小車上固定著用于擋光的窄片K，測得其寬度為d，讓小車從木板的頂端滑下，光電門各自連接的計時器顯示窄片K的擋光時間分別為t₁和t₂。

（1）該實驗中，在改變小車的質量M或沙桶的總質量m時，為保證小車所受合外力大小約等于mg需要滿足的條件是           ;
（2）為了計算出小車的加速度，除了測量d、t₁和t₂之外，還需要測量        ，若上述測量量用x表示，則用這些物理量計算加速度的表達式為a=          ；
（3）某位同學經過測量、計算得到如下表數據，請在圖乙中作出小車加速度與所受合外力的關系圖像。

（4）由圖象可以看出，該實驗存在著較大的誤差，產生誤差的主要原因是         。

Answer 1

⑴M>>m ⑵兩光電門之間的距離（或“小車由光電門1運動至光電門2所用時間t”） （或“”）………⑶見解析 ⑷木板傾角偏小（或“平衡摩擦力不足”或“末完全平衡摩擦力”）……

解析試題分析：（1）根據牛頓第二定律，對小車，對沙桶 ，聯立解得 ，由此式可知，要使得T≈mg,必須滿足M>>m；（2）為了計算出小車的加速度，除了測量d、t₁和t₂之外，還需要測量兩光電門之間的距離x。小車經過光電門1時的速度 ；經過光電門2時的速度 ；根據解得(或已知小車由光電門1運動至光電門2所用時間t，根據 解得a=)(3)見下圖

（4）由圖可看出，當F=0.04N時小車才開始加速運動，所以原因是木板傾角偏小（或“平衡摩擦力不足”或“末完全平衡摩擦力”）
考點：探究物體的加速度與合外力、質量關系；勻變速直線運動及用圖像處理數據。