题目内容
【题目】如图(a)所示是探究动能定理的装置,除图示器材外,还有打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平和细沙.
(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和沙桶的总重力大小基本相等,应满足的实验条件是________________________________________________ ,实验时首先要做的步骤是__________________。
(3)如图(b)所示是滑块(质量为M)在沙和沙桶的总质量为m条件下做匀加速直线运动的纸带,测量数据已用字母表示在图中,打点计时器的打点周期为T,则本实验最终要得到的数学表达式为_______________________ .(用题中的字母表示)
【答案】 刻度尺 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力
【解析】(1) 以小车为对象验证“动能定理”,合外力做的功为:mgL,小车动能的变化量为: ,所以我们需要验证:
,需要测量或计算的物理量为:m,M,L,v,所以还需要的仪器有:刻度尺;
设绳子上拉力为F,对小车根据牛顿第二定律有:F=Ma,对砂桶和砂有:mg-F=ma, ,由此可知当M>>m时,砂和砂桶的重力等于绳子的拉力,首先要平衡摩擦力;
(2) 以小车为对象验证“动能定理”,合外力做的功为:W=mgxAB
小车经过A、B两点时的速度大小分别为: ,
小车动能的变化量为,由以上各式可得我们需要验证表达式:
。
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;
实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功,求出合力的功和动能的增加量即可。
