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．實驗首先保持軌道水平，通過調整砝碼盤里砝碼的質量讓小車做勻速運動以實現平衡摩擦力，再進行后面的操作，并在實驗中獲得以下測量數據：小車、力傳感器和擋光板的總質量M，平衡摩擦力時砝碼和砝碼盤的總質量m0，擋光板的寬度d，光電門1和2的中心距離s.

(1)該實驗是否需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于車的質量？________(填“需要”或“不需要”)

(2)實驗需用游標卡尺測量擋光板的寬度d；

(3)某次實驗過程：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，砝碼盤才停止下落)，已知重力加速度為g，則該實驗要驗證的表達式是_______．（用題中所給字母符號表示）

Answer 1

【答案】不需要

【解析】

（1）該實驗中由于已經用傳感器測出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作為小車的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量。
（2）由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時間內的平均速度代替瞬時速度。
滑塊通過光電門1速度為：v1＝
滑塊通過光電門2速度為：v2＝
根據功能關系需要驗證的關系式為：(F-f)s＝Mv22Mv12，其中f=m0g
即：