某小组利用气垫导轨装置探究“做功与物体动能改变量之间的关系．图1中.遮光条宽度为d.光电门可测出其挡光时间△t.滑块与力传感器的总质量为M.砝码盘的质量为m0.不计滑轮和导轨摩擦．实验步骤如下:①调节气垫导轨使其水平．并取5个质量均为m的砝码放在滑块上:②用细绳连接砝码盘与力传感器和滑块.让滑块静止放在导轨右侧的某一位置.� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

15．某小组利用气垫导轨装置探究“做功与物体动能改变量之间的关系”．图1中，遮光条宽度为d，光电门可测出其挡光时间△t，滑块与力传感器的总质量为M，砝码盘的质量为m₀，不计滑轮和导轨摩擦．实验步骤如下：①调节气垫导轨使其水平．并取5个质量均为m的砝码放在滑块上：

②用细绳连接砝码盘与力传感器和滑块，让滑块静止放在导轨右侧的某一位置，测出遮光条到光电门的距离为S；
③从滑块上取出一个砝码放在砝码盘中，固定滑块使其静止，记录此时力传感器的值为F．接通电源，释放滑块后，记录此时力传感器的值为F′，测出遮光条经过光电门的挡光时间△t；
④再从滑块上取出一个砝码放在砝码盘中，重复步骤③，并保证滑块从同一个位置静止释放；
⑤重复步骤④，直至滑块上的砝码全部放入到砝码盘中．
请完成下面问题：
（a）测量遮光条宽度时，应该使用图2游标卡尺上的B（选填A、B、C）部件．若用十分度的游标卡尺测得遮光条宽度d如图3，则d=10.2mm．
（b）滑块经过光电门时的速度可用v=$\frac{d}{△t}$（用题中所给的字母表示，下同）计算．
（c）在处理步骤③所记录的实验数据时，甲同学理解的合外力做功为W₁=FS，则其对应动能变化量应当是△E_k1=$\frac{（M+4m）{d}^{2}}{2△{t}^{2}}$．乙同学理解的合外力做功为W₂=F′S，则其对应动能变化量应当是△E_k2=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2△{t}^{2}}$；
d）丙同学按照乙同学的思路，根据实验数据得到F-$\frac{1}{△t}$的图线如图4所示，则其斜率k=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2S}$．

分析 a、根据游标卡尺的使用方法及读数方法进行分析解答；
b、由平均速度公式可求得经过光电门的速度；
c、根据给出的信息明确两同学所用的拉力是作用在哪一个物体上的，再由b中求出的速度列出动能变化的表达式；
d、根据动能定理的表达式得出F-$\frac{1}{△t}$的关系式，联系公式可得出对应的斜率．

解答解：（a）本实验中要求测量厚度，故应采用外测量爪进行测量；故选：B；读数为：10mm+2×0.1mm=10.2mm；
b、由平均速度公式可得，经过光电门的速度v=$\frac{d}{△t}$；
c、甲将力传感器为拉力，则其做功应对应小车的动能的改变量；故动能改变量为：△Ek=$\frac{1}{2}$（M+4m）v²=
$\frac{（M+4m）{d}^{2}}{2△{t}^{2}}$；
乙应是以砝码盘的重力为拉力，则动能应为小车与砝码共同的动能增加量；故动能增加量为：△E_k1=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2△{t}^{2}}$；
d、由F′S=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2△{t}^{2}}$可知，F′=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2S}$•（$\frac{1}{△t}$）²；
故图象的斜率为：$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2S}$；
故答案为：a、B；10.2；
b、$\frac{d}{△t}$；
c、$\frac{（M+4m）{d}^{2}}{2△{t}^{2}}$；$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2△{t}^{2}}$
d、$\frac{（M+5m+{m}_{0}）{d}^{2}}{2S}$．

点评本题考查验证动能定理的实验，解决本题的关键掌握实验的原理，即验证动能的增加量和重力势能的减小量是否相等，掌握光电门的应用，明确用光电门求解瞬时速度的方法．

练习册系列答案

	A．	α粒子散射实验表明了原子核具有复杂结构
	B．	石墨在反应堆起到降低核反应速度的作用
	C．	燃料铀在反应堆中发生裂变反应
	D．	将铀棒插入得更深些，反应堆的核反应速度将降低

	A．	容器受到的摩擦力不变		B．	容器受到的摩擦力逐渐增大
	C．	水平力F可能不变		D．	水平力F一定逐渐增大

	A．	沿椭圆轨道运行的一颗卫星，在轨道不同位置可能具有相同的速率
	B．	分别沿圆轨道和椭圆轨道运行的两颗卫星，不可能具有相同的周期
	C．	在赤道上空运行的两颗地球同步卫星．它们的轨道半径有可能不同
	D．	与地球自转周期相同的卫星一定是地球同步卫星

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