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,他们还找来了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、细沙.要完成该项实验,则:

(1)你认为还需要的实验器材有
天平和刻度尺
天平和刻度尺

(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,要使沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量,另外,实验时还要平衡摩擦力;
(3)在(2)的基础上,某同学测出滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,测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s,并根据纸带算出这两点速度的大小分别为v1与v2(v1<v2).则实验要验证的数学表达式为:
mgs=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
mgs=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量,重力加速度为g);
(4)另一个同学用恒力验证动能定理,根据纸带算出相关各点的速度v,并量出它到起始点距离s,用△v2表示末、初速度的平方差即
v
2
2
-
v
2
1
,以△v2为纵轴,以s为横轴,他画出的图线是图2中的
C
C
分析:(1)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;
(3)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.
(3)由题意得到△v2与s的表达式,即可选择图象.
解答:解:(1)本实验要验证动能增加量和总功是否相等,故需要求出总功和动能,需要测量滑块的质量和通过的位移,故还要天平和刻度尺;
(3)对于滑块,细线的拉力所做的总功约为:mgs,动能增加量为:
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
,需要验证的数学表达式为mgs=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1

(4)起始点滑块的速度为零,△v2=
v
2
2
-
v
2
1
=
v
2
2
,由上式变形得:△v2=
2mg
M
s,则知,△v2∝s,C图正确.故选C
故答案为:(1)天平,刻度尺(米尺).(3)mgs=
1
2
M
v
2
2
-
1
2
M
v
2
1
.(3)C
点评:本题关键是根据实验原理:动能定理来确定要测量的量、实验的具体操作方法和实验误差的减小方法.
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.
(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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