题目内容
【题目】某探究学习小组的同学欲验证动能定理,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.
若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:
(1)你认为还需要的实验器材有____________.
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是_______________,实验时首先要做的步骤是_______________.
(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量为M.往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量为m.让沙桶带动滑块加速运动.用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2).则本实验最终要验证的数学表达式为______________.(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)
【答案】(1)刻度尺,天平
(2)沙和沙桶的质量远小于滑块的质量,平衡摩擦力
(3)mgL=M(v22﹣v12)
【解析】(1)实验要验证动能增加量和总功是否相等,故需要求出总功和动能,故还要天平和刻度尺;
(2)沙和沙桶加速下滑,处于失重状态,其对细线的拉力小于重力,设拉力为T,根据牛顿第二定律,有
对沙和沙桶,有 mg﹣T=ma
对小车,有 T=Ma
则
故当m<<M时,有T≈mg;
实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力.
(3)合力功为mgL,实验探究合力功与动能变化的关系,所以本实验最终要验证的数学表达式为mgL=M(v22﹣v12).
点晴:根据实验原理,得到需要验证的表达式,从而确定需要的器材;
实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功,用沙和沙桶的总质量表示滑块受到的拉力,对滑块受力分析,受到重力、拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,必须使重力的下滑分量等于摩擦力;同时重物加速下降,处于失重状态,故拉力小于重力,可以根据牛顿第二定律列式求出拉力表达式分析讨论.
【题目】钱华同学的爸爸是个电气工程师,钱华经常看到爸爸在用多用电表进行一些测量。在高中物理课堂上学习了多用电表的用法之后,爸爸给他出了一道题目,让他通过测量找到发光二极管的负极。
(1)钱华同学做了如下两步具体的操作:第一,将多用电表选择开关旋转到电阻挡的×1档,经过______之后,他把红表笔接在二极管的短管脚上,把黑表笔接在二极管的长管脚上,发现二极管发出了耀眼的白光,如图甲所示;然后他将两表笔的位置互换以后,发现二极管不发光。这说明二极管的负极是________(填写“长管脚”或者“短管脚”)所连接的一极。
(2) 钱华同学的好奇心一下子就被激发起来了。他琢磨了一下,然后又依次用电阻挡的×1档,×10档,×100档,×1k档分别进行了二极管导通状态的准确的测量,他发现二极管发光的亮度越来越______(填写“大”或者“小”),请帮助他分析一下具体的原因:________________。
(3)钱华同学的兴趣越来越浓厚,他思考这个发光二极管是否象普通电阻一样,两端电压与通过的电流成正比呢?他求助物理实验室老师探究该二极管的伏安特性,测绘它的伏安特性曲线,通过实验,测得发光二极管两端电压U和通过它的电流I的数据如下表:
U/V | 0 | 1.50 | 1.80 | 1.90 | 2.00 | 2.08 | 2.19 | 2.33 |
I/mA | 0 | 0 | 0.01 | 0.02 | 0.04 | 0.06 | 0.09 | 0.20 |
U/V | 2.43 | 2.51 | 2.56 | 2.62 | 2.70 | 2.82 | 2.87 | |
I/mA | 0.50 | 0.80 | 1.00 | 3.00 | 5.00 | 9.00 | 11.01 |
①请在下图乙中以笔画线代替导线,按实验要求将实物图中的连线补充完整_______。
②请你根据少年科学家们实验时收集到的数据,在图丙所示的坐标纸中画出该发光二极管)的伏安特性曲线(IU图线)______。