题目内容
【题目】利用气垫导轨验证动能定理,实验装置示意图如图所示:
实验主要步骤如下:
①在水平桌面上放置气垫导轨,将它调至水平;
②用游标卡尺测量遮光条的宽度d;
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L;
④将滑块移至光电门1左侧某处,待托盘静止不动时,释放滑块,从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F,从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间△t1,通过光电门2的时间△t2;
⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M
回答下列问题:
(1)以滑块(包含遮光条和拉力传感移)为研究对象,在实验误差允许的范围内,若满足关系式___ (用测量量的字母表示),则可认为验证了动能定理;
(2)关于本实验,某同学提出如下观点,其中正确的是 (________)
A.理论上,遮光条的宽度越窄,途光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度
B.牵引滑块的细绳应与导轨平行
C.需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响
D.托盘和砝码的总质量m必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M
(3)不计空气阻力,已知重力加速度,和实验测得的物理量,根据“mg-F=ma”,可以计算托盘和砝码的总质量m。若不考虑遮光条宽度的影响,计算出托盘和砝码的总质量为m1;
若考虑遮光条宽度的影响,计算出托盘和砝码的总质量为m2,则m1____ m2(选填“大于”、“等于”、“小于”)。
【答案】 (1) (2)AB (3)大于
【解析】(1)过程中拉力做功为,滑块通过光电门1时的速度为,通过光电门2时的速度为,故滑块的动能变化量为
所以若满足,则可认为验证了动能定理
(2)遮光条的宽度越窄,则所用时间越小,根据,通过光电门的平均速度越接近瞬时速度,A正确;为了保证拉力方向和滑块运动方向相同,所以应使得牵引滑块的细绳应与导轨平行,B正确;因为该实验中有力传感器,所以砝码盘部分只起到拉动作用,其受力不影响实验,不需要托盘和砝码的总质量m必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M,CD错误;
(3)根据可得,若考虑遮光条宽度的影响,在使用公式计算通过光电门的速度时,速度测量值比不考虑光条宽度时测出的速度偏大,所以加速度在考虑遮光条宽度时测量偏大,故质量测量偏小,所以有