如图甲所示，在气垫导轨上安装了一光电门A，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过轻质定滑轮与无线力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，传感器显示上方绳子的拉力F。实验前将气垫导轨调节水平，细线与气垫导轨平行，每次滑块都从B处静止释放，已知滑块（含遮光条）质量为M，A、B间的距离为L，不计一切摩擦。

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1. 如图甲所示，在气垫导轨上安装了一光电门A，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过轻质定滑轮与无线力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，传感器显示上方绳子的拉力F。实验前将气垫导轨调节水平，细线与气垫导轨平行，每次滑块都从B处静止释放，已知滑块（含遮光条）质量为M，A、B间的距离为L，不计一切摩擦。

(1) 用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则 $\text{[math]}$ mm；

(2) 小明用该装置探究加速度与力的关系。

①滑块的质量（填“需要”或“不需要”）远大于钩码和力传感器的总质量；

②改变钩码数量，测出对应的力传感器的示数和遮光条通过光电门的时间t，则滑块的加速度表达式 $\text{[math]}$ （用字母“L”“d”“t”表达）。

③为了能够直观得出滑块的加速度a与力F的关系，小明使用图像法处理数据，应作出（选填“ $\text{[math]}$ ”“ $\text{[math]}$ ”或“ $\text{[math]}$ ”）图像。

(3) 小华用小明测得的部分数据来验证机械能守恒定律。其中钩码的质量为m，传感器的质量为m₀ ，请写出需要验证的表达式（用题中已有的字母表示）。

【考点】

探究加速度与力、质量的关系; 验证机械能守恒定律; 刻度尺、游标卡尺及螺旋测微器的使用;

【答案】

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实验探究题普通

1. 某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置验证系统机械能守恒，在气垫导轨上安装了两个光电门1.2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连．

(1)用10分度游标卡尺测量遮光条宽度d如图乙所示，遮光条宽度d＝ mm.

(2)实验时要调整气垫导轨水平，不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块从轨道右端向左运动的过程中，发现遮光条通过光电门2的时间大于通过光电门1的时间．以下能够达到调整气垫导轨水平的措施是(选填相应选项前的符号)

A．调节旋钮P使轨道左端升高一些

B．遮光条的宽度增大一些

C．滑块的质量增大一些

D．气源的供气量增大一些

(3)调整气垫导轨水平后，挂上细线和钩码进行实验，测出光电门1.2间的距离L.遮光条的宽度d，滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m.由数字计时器读出遮光条通过光电门1.2的时间t₁ ． t₂ ，则遮光条通过光电门1时的瞬时速度的表达式v₁＝；验证系统机械能守恒定律成立的表达式是(用题中的字母表示，当地重力加速度为g)．

实验探究题普通

2. 某同学利用如图（a）所示的装置探究物体的加速度a与所受合力F的关系。

(1) 他用小木块将长木板无滑轮的一端垫高，目的是平衡摩擦力。具体操作是：把木板垫高后，小车放在木板上，在小桶（选填“挂”或“不挂”）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。

(2) 实验时保持小桶及砝码的总质量远小于小车的质量，其目的是（　　） A. 小车所受的拉力近似等于小车所受的合力 B. 小车所受的拉力近似等于小桶及砝码的总重力 C. 保证小车运动的加速度不超过当地重力加速度 D. 减小空气阻力对实验的影响

(3) 图（b）是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为 $\text{[math]}$ 个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出。相邻的计数点之间的距离分别为： $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 。已知打点计时器的工作频率为50Hz，则小车的加速度a=m/s²（结果保留 $\text{[math]}$ 位有效数字）。

(4) 另一位同学也利用图（a）所示的装置做实验，他保持小桶和砝码的质量不变，改变放在小车中砝码的质量m，测出对应的加速度a。假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响。他没有量小车的质量，而是以 $\text{[math]}$ 为纵坐标，m为横坐标，画出 $\text{[math]}$ 图像。从理论上分析，下列图像正确的是（　　） A.

实验探究题普通

3. 为了验证物体沿光滑斜面下滑的过程中机械能守恒，某学习小组用如图所示的气垫导轨装置（包括导轨、气源、光电门、滑块、遮光条、数字毫秒计）进行实验。此外可使用的实验器材还有：天平、游标卡尺、刻度尺。

（1）某同学设计了如下的实验步骤，其中不必要的步骤是；

①在导轨上选择两个适当的位置A、B安装光电门Ⅰ、Ⅱ，并连接数字毫秒计；

②用天平测量滑块和遮光条的总质量m；

③用游标卡尺测量遮光条的宽度d；

④通过导轨上的标尺测出A、B之间的距离l；

⑤调整好气垫导轨的倾斜状态；

⑥将滑块从光电门Ⅰ左侧某处，由静止开始释放，从数字毫秒计读出滑块通过光电门Ⅰ、Ⅱ的时间 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ；

⑦用刻度尺分别测量A、B点到水平桌面的高度 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ ；

⑧改变气垫导轨倾斜程度，重复步骤⑤⑥⑦，完成多次测量。

（2）用游标卡尺测量遮光条的宽度d时，游标卡尺的示数如图所示，则 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ；某次实验中，测得 $\text{[math]}$ ，则滑块通过光电门Ⅰ的瞬时速度 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ （保留3位有效数字）；

（3）在误差允许范围内，若 $\text{[math]}$ （用上述必要的实验步骤直接测量的物理量符号表示，已知重力加速度为g），则认为滑块下滑过程中机械能守恒；

（4）写出两点产生误差的主要原因：。

实验探究题普通