题目内容

【题目】为了“探究动能改变与合外力做功”的关系,某同学设计了如下实验方案:第1步:把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起,把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤跨过定滑轮相连,重锤夹后连一穿过打点计时器的纸带,调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板向下匀速运动,如图甲所示.

第2步:保持长木板的倾角不变,将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使纸带穿过打点计时器,然后接通电源,释放滑块,使之从静止开始向下加速运动,打出纸带,如图乙所示.打出的纸带如图丙所示.请回答下列问题:

①已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为Δt,根据纸带求滑块速度,打点计时器打B点时滑块速度vB________.

②已知重锤质量为m,当地的重力加速度为g,要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块________(写出物理名称及符号,只写一个物理量),合外力对滑块做功的表达式W________.

③算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v,以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系,描点作出v2W图象,可知该图象是一条________,根据图象还可求得________

【答案】 (1) (2)下滑的位移x; mgx; ③过原点的直线; 滑块的质量M;

【解析】1)匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,故:vB=
2)本题运动过程中,物块受到的合力为重力,要求合力做的功,则还需要测出这一过程滑块运动的位移x,则合外力对滑块做功的表达式W=mgx

3)合外力做的功为W=mgx=mv2,所以v2=W,则v2-W图象是一条过原点的倾斜的直线,根据图象课求得直线斜率为k,所以m=,即根据图象可以求得滑块的质量.

练习册系列答案
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【题目】某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律.实验所用的电源为学生电源,可以提供输出电压为6 V的交变电流和直流电,交变电流的频率为50 Hz.重锤从高处由静止开始下落,重锤拖着的纸带上打出一系列的点,对纸带上的点测量并分析,即可验证机械能守恒定律.

(1)他进行了下面几个操作步骤:

A.按照图示的装置安装器件;

B.将打点计时器接到电源的“直流输出”上;

C.用天平测出重锤的质量;

D.先接通电源,后释放纸带,打出一条纸带;

E.测量纸带上某些点间的距离;

F.根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于其增加的动能.

其中没有必要进行的步骤是________,操作不当的步骤是________(填选项字母)

(2)这位同学进行正确测量后挑选出一条点迹清晰的纸带进行测量分析,如图乙所示,其中O点为起始点,ABCDEF为六个计数点.根据纸带上的测量数据,可得出打B点时重锤的速度为___________ms(保留3位有效数字)

(3)他根据纸带上的数据算出各点的速度,量出下落距离h,并以为纵轴、以h为横轴画出图象,应是下列图中的_________

(4)他进一步分析,发现本实验存在较大误差,为此对实验设计进行了改进,用如图丙所示的实验装置来验证机械能守恒定律:通过电磁铁控制的小铁球从A点自由下落,下落过程中经过光电门B时,通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录挡光时间t,用毫米刻度尺测出AB之间的距离h,用游标卡尺测得小铁球的直径d.重力加速度为g.实验前应调整光电门位置使小铁球下落过程中球心通过光电门中的激光束.小铁球通过光电门时的瞬时速度__________.如果满足关系式________,就可验证机械能守恒定律.

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