题目内容
【题目】用图甲所示的装置来探究功和动能变化的关系.木板上固定两个完全相同的遮光条A、B,用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C相连,木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D上,轨道放在水平桌面上,P为小桶(内有沙子),滑轮质量、摩擦不计,重力加速度为g.
(1)实验中轨道应倾斜一定角度,对此下列说法正确的是__________.
A.为了释放木板后,木板在细线拉动下能匀速下滑
B.为了增大木板下滑的加速度,提高实验精度
C.尽量保证细线拉力对木板做的功等于木板所受合力对木板做的功
D.使木板在未施加拉力时能匀速下滑
(2)用螺旋测微器测量遮光条的宽度,示数如图乙所示,则遮光条的宽度d=__________mm.
(3)实验主要步骤如下:
①测量木板、遮光条的总质量M,测量两遮光条间的距离L;按甲图正确安装器材.
②将木板左端与轨道左端对齐,静止释放木板,木板在细线拉动下运动,记录弹簧测力计示数F及遮光条B、A先后经过光电门的时间t1、t2.则遮光条B、A通过光电门的过程中木板动能的变化量=__________,合外力对木板做功W=__________,(均用字母M、t1、t2、d、L、F表示).
③在小桶中增加沙子,重复②的操作.
④比较W、的大小,得出实验结论.
(4)若在本实验中轨道水平放置,其它条件和实验步骤不变,假设木板与轨道之间的动摩擦因数为μ.测得多组F、t1、t2的数据,并得到F与的关系图像如图丙所示.已知图像在纵轴上的截距为b,直线的斜率为k,求解μ=___________(用字母b、d、L、k、g表示).
【答案】 (1)CD (2)1.080(1.079-1.081) (3); FL (4)
【解析】(1) 为了使绳子拉力充当合力,即细线拉力做的功等于合力对小车做的功应先平衡摩擦力,摩擦力平衡掉的检测标准即:可使得小车在未施加拉力时做匀速直线运动,故CD正确;
(2) 螺旋测微器固定刻度为1mm,可动刻度为,所以螺旋测微器的读数为1.080mm;
(3) 小车通过A时的速度:
小车通过B时的速度:
则小车通过A、B过程中动能的变化量
拉力所做的功W=FL;
(4) 由题意,小车受到的拉力是:F=(mg-f),小车的位移是L,设小车的质量是M,小车动能的变化是:
根据做功与动能变化的关系可得:
所以得:
所以,图线的坐标轴的截距表示摩擦力f,即:f=b;图线的斜率:
由摩擦力的公式得:。
点晴:小车在钩码的作用下拖动纸带在水平面上做加速运动,通过速度传感器可算出A B两点的速度大小,根据即可计算出动能的变化,由功与动能变化的关系式,确定图线上斜率与截距的意义,结合摩擦力的公式即可求出摩擦因数。