题目内容
【题目】某实验小组应用如图所示装置探究“恒力做功和物体动能变化间的关系”,已知小车的质量为M,砝码及砝码盘的总质量为m,实验步骤如下:
①按图示安装好实验装置,其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直;
②调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下匀速运动;
③挂上砝码盘,接通电源后,再放开小车,读出弹簧测力计的读数。同时,打出一条纸带,由纸带求出小车在相应位置的速度;
④改变砝码盘中砝码的质量,重复步骤③,求得小车在不同合力作用下在相应位置的速度,并读出相应的弹簧测力计读数。
根据以上实验过程,回答以下问题:
(1)对于上述实验,下列说法正确的是______
A.实验过程中砝码和砝码盘处于超重状态
B.与小车相连的轻绳与长木板一定要平行
C.弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半
D.砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量
(2)如上图所示是实验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点,相邻计数点间的时间间隔为T,相应计数点间的距离已在图中标出,测出小车的质量为M。弹簧测力计的读数为F,从打B点到打E点的过程中,合力对小车做的功是______,小车动能的增量是______。(用题中和图中的物理量符号表示)
【答案】B;FS; ;
【解析】
根据实验原理,可知小车的加速度与砝码盘的加速度不等,但弹簧测力计的读数为小车所受合外力,砝码加速度向下,处于失重状态,不需要砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量的条件;在匀变速直线运动中由平均速度代替瞬时速度;由W=FS求出合外力的功,由动能的表达式求出动能的变化。
(1)实验过程中,砝码向下加速运动,处于失重状态,A错误;小车相连的轻绳与长木板一定要平行,保证拉力沿着木板方向,B正确;实验过程中,砝码向下加速运动,处于失重状态,故弹簧测力计的读数小于砝码和砝码盘总重力的一半,C错误;由于题中有弹簧测力计,不需要砝码的重力等于小车的拉力,故不需要砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量的条件,D错误;
(2)关键匀变速直线运动的特点,可知B点的瞬时速度等于AC之间的平均速度,则:,同理E点的瞬时速度等于DE之间的平均速度,E点的速度:
从打B点到打E点的过程中,合力对小车做的功是,小车动能的增量是:.