题目内容

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1所示的装置：水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验时，保持轨道水平，通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动实现平衡摩擦力．

①该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？
（回答“是”或“否”）
否
否
；
②实验需要用游标卡尺测量挡光板的宽度l，如图所示l=
5.50
5.50
mm；
③实验获得以下测量数据：小车、传感器和挡光板的总质量M，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量m0，挡光板的宽度l，光电门1和光电门2的中心距离s，某次实验过程：力传感器的读数F，小车通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1、t2．小车通过光电门2后砝码盘才落地．该实验需验证的表达式是
Fs=
1
2
M(
l
t2
)2-
1
2
M(
l
t1
)2
Fs=
1
2
M(
l
t2
)2-
1
2
M(
l
t1
)2
．
④若利用该实验装置验证“牛顿第二定律”．控制小车的质量不变，通过改变砝码盘里砝码的质量重复实验，探究合外力和加速度的关系．下列图象用力传感器的示数F为横坐标，可以表示该实验结果的是
B
B


⑤若用该实验装置，通过多次改变小车的质量探究质量和加速度的关系，以下说法正确的是
A
A

A、需要控制力传感器的读数F不变
B、需要控制砝码盘和砝码的总质量不变
C、需要控制小车所受的合外力不变，因此需要改变砝码盘和砝码的总质量，力传感器的读数F也会发生改变
D、以上说法都不对．
分析：①该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
②游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读．游标的零刻度线超过主尺上的刻度数为主尺读数，游标读数等于分度乘以对齐的根数．
③光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可以求出需要验证的关系式．
④由F=ma可知，保持m不变，a-F图象为过原点的直线．
⑤该实验中变量比较多，因此在进行探究时，采用“控制变量法”即先保持一个变量不变，看另外两个变量之间的关系．
解答：解：①该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．
故答案为：否．
②游标卡尺的主尺读数为5mm，游标读数等于0.05×10mm=0.50mm，所以最终读数为：5mm+0.50mm=5.50mm．
故答案为：5.50．
③由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
滑块通过光电门1速度为：v1=
l
t1

滑块通过光电门2速度为：v2=
l
t2

根据功能关系需要验证的关系式为：(F-m0g)s=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1

即：(F-m0g)s=
1
2
M(
l
t2
)2-
1
2
M(
l
t1
)2．
故答案为：(F-m0g)s=
1
2
M(
l
t2
)2-
1
2
M(
l
t1
)2．．
④由于该实验中直接测出了拉力F，因此不存在系统误差，由F-m0g=Ma可知，当M不变时，a-F图象为不过原点的直线，与横坐标的交点为m0g，故ACD错误，B正确．
故选：B．
⑤该实验采用了“控制变量法”，因此要探究质量和加速度的关系，需要控制拉力F不变，根据牛顿第二定律可知，要控制F不变，当改变小车的质量的同时需要改变砝码盘和砝码的总质量，故BCD错误，A正确．
故选：A．
点评：了解光电门测量瞬时速度的原理，实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面，同时明确实验原理是解答实验问题的前提．
练习册系列答案
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某探究学习小组的同学欲以如图装置中的滑块为对象验证“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、垫块．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
天平
天平
、
刻度尺
刻度尺
．（两个）
（2）实验时为了保证滑块（质量为M）受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量m应满足的实验条件是
m＜＜M
m＜＜M
，实验时首先要做的步骤是
平衡摩擦力
平衡摩擦力
．
（3）在（2）的基础上，某同学用天平称量滑块的质量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）．则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
mgL=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
（用题中的字母表示）．
（4）要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒，如果实验时所用滑块质量为M，沙及沙桶总质量为m，让沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动，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）．则最终需验证的数学表达式为
mgL=
1
2
(m+M)(
v
2
2
-
v
2
1
)
mgL=
1
2
(m+M)(
v
2
2
-
v
2
1
)
（用题中的字母表示）．
（2013?开封一模）某探究学习小组的同学欲探究恒力做功与物体动能变化的关系，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到打点计时器所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、复写纸、纸带、小桶和沙子若干．当小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上小沙桶．
（1）某同学的实验步骤如下：用天平称量小车的质量M和沙与桶的总质量m．让沙桶带动小车加速运动，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，算出这两点的速度v1与v2．
①本实验装置图1（准备放开小车时刻）中有什么缺点或错误？
细线与轨道平面应该平行，初始时刻小车应紧靠打点计时器．
细线与轨道平面应该平行，初始时刻小车应紧靠打点计时器．

②要完成本实验，还缺哪些重要实验步骤？
调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动（或平衡摩擦力）
调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动（或平衡摩擦力）

③本实验认为小车所受合外力等于沙桶重力，则应控制的实验条件是什么？
M＞＞m
M＞＞m

（2）在实验操作正确的前提下，若挑选的一条点迹清晰的纸带如图2所示，已知    相邻两个点间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为s1、s2、s3、s4、s5（图中未标s3、s4、s5），则由此可求得纸带上由B点到E点所对应过程中，合外力对小车所做的功W=
mg（S4-S1）
mg（S4-S1）
；该小车动能改变量的表达式为△EK=
M
8T2
[(S5-S3)2-
S
2
2
]
M
8T2
[(S5-S3)2-
S
2
2
]
（结果用题中已知物理量的符号表示）；若满足
W≈△Ek
W≈△Ek
，则动能定理得证．
某探究学习小组的同学欲探究“滑块与桌面间的动摩擦因数”他们在实验室组装了一套如图1所示的装置，另外他们还找到打点计时器及所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、纸带、钩码若干．

（1）小组同学的实验步骤如下：用天平称量滑块的质量M=300g，将滑块放在水平桌面上并连接上纸带，用细线通过滑轮挂上两个钩码（每个钩码质量为100g），调整滑轮高度使拉滑块的细线与桌面平行，让钩码拉动滑块由静止开始加速运动，用打点计时器记录其运动情况．
实验纸带的记录如图2所示，图中前几个点模糊，因此从A点开始每打5个点取一个计数点，若电源频率为50赫兹，则物体运动的加速度为
0.64
0.64
m/s2．（结果保留两位有效数字），滑块与桌面间的动摩擦因数μ=
0.56
0.56
（重力加速度为g=10m/s2）．
（2）为提高实验结果的准确程度，某同学对此实验提出以下建议：①绳的质量要轻
②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好
③实验时尽量保持拉动滑块的细线与桌面平行
④尽量保证钩码只沿竖直方向运动，不要摇晃
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是
①③④
①③④
．（在答题卡上对应区域填入选项前的编号）
（2008?湛江二模）某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室已组装了一套如图1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一台，天平、导线、复写纸、纸带、细沙若干．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时已完成了平衡摩擦力的操作．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
①还需要的实验器材
刻度尺
刻度尺
．
②在沙桶中放适量的沙进行实验，且已知滑块的质量为M，沙和沙桶的总质量为m（M远大于m），若挑选一条点迹清晰的纸带如图2所示，相邻两个点之间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为S1、S2、S3、S4、S5（图中未标出S3、S4、S5），则由此可求得纸带上由B点到E点所对应的过程中，滑块合力所做的功约为W=
mg（s4-s3）
mg（s4-s3）
； 该滑块动能改变量的表达式为△Ek=
1
2
M((
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2)
1
2
M((
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2)
．（结果用题中已知物理量的字母表示） 
（2007?佛山二模）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一台，导线、复写纸、纸带、细沙若干．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）还需要补充的实验器材是
天平；刻度尺；小木块
天平；刻度尺；小木块
．
（2）某同学的实验步骤如下：用天平称量滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m．在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L，算出这两点的速度v1与v2．要完成本实验，还缺哪些实验步骤或应控制的实验条件？若用如上的字母代表实验中测量到的物理量，写出本实验最终要验证的数学表达式．
（3）若挑选的一条点迹清晰的纸带如下，且已知滑块的质量为M，沙和沙桶的总质量为m，相邻两个点之间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为S1、S2、S3、S4、S5（图中未标出S3、S4、S5），则由此可求得纸带上由B点到E点所对应的过程中，沙和沙桶的重力所做的功W=
mg（s4-s1）
mg（s4-s1）
；该滑块动能改变量的表达式为△EK=
1
2
M[(
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2]
1
2
M[(
S5-S3
2T
)2-(
S2
2T
)2]
．（结果用题中已知物理量的字母表示）

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