题目内容
【题目】伽利略在《两种新科学的对话》一书中,提出猜想:物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动,同时他还用实验验证了该猜想。某小组依据伽利略描述的实验方案,设计了如图所示的装置,探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动。实验操作步骤如下:
①让滑块从距离挡板s处由静止沿倾角为θ的斜面下滑,并同时打开装置中的阀门,让水箱中的水流到量筒中;
②当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(假设水流均匀稳定);
③记录下量筒收集的水量V;
④改变s,重复以上操作;
⑤将测得的数据记录在表格中。
次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
s/m | 4.5 | 3.9 | 3.0 | 2.1 | 1.5 | 0.9 |
V/mL | 90 | 84 | 62 | 52 | 40 |
(1)该实验用量筒中收集的水量来表示________。
A.水箱中水的体积 B.水从水箱中流出的速度
C.滑块下滑的时间 D.滑块下滑的位移
(2)某同学漏填了第3组数据中量筒收集的水量V,若实验正常,你估计V=________mL;若保持下滑的距离s、倾角θ不变,增大滑块的质量,水量V将________(填“增大”“不变”或“减小”);若保持下滑的距离s、滑块质量不变,增大倾角θ,水量V将________(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)下列说法中不属于该实验误差来源的是________。
A.水从水箱中流出不够稳定
B.滑块开始下滑和开始流水不同步
C.选用的斜面不够光滑
D.选用了内径较大的量筒
【答案】 (1)C (2)75(74~76均算正确) 不变 减小 (3)C
【解析】(1)因为水是均匀稳定地流出,所以流出的水的体积与时间成正比,所以该实验用量筒中收集的水量表示滑块下滑的时间,选项C正确,选项ABD错误。
(2)滑块做初速度为零的匀加速直线运动,位移与时间的二次方成正比,而流出的水的体积与时间成正比,故位移与流出的水的体积的二次方成正比,即s=kV2,由表中数据可得,V3=75 mL。对滑块由牛顿第二定律得,mgsinθ-μmgcosθ=ma,a=gsinθ-μgcosθ,若保持下滑的距离s、倾角θ不变,增大滑块的质量,滑块的加速度不变,滑块下滑所用的时间不变,水量V不变。若保持下滑的距离s、滑块的质量不变,增大倾角θ,滑块的加速度增大,滑块下滑所用的时间减少,水量V减少。
(3)本实验的误差主要来源:水从水箱中流出不稳定,滑块开始下滑与水开始流动不同时,选用了内径较大的量筒。选用的斜面不够光滑并不影响实验结果,选项C正确,选项ABD错误。