题目内容
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?______
②要完成本实验,还缺哪些重要实验步骤?______
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?______
(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=______;该小车动能改变量的表达式为△EK=______2]
【答案】分析:(1)①细线与平板不平行,小车要从靠近计时器位置开始释放;
②要平衡摩擦力;
③沙桶加速下降,处于失重状态,拉力小于重力,只有当加速度较小时可以用重力代替拉力,故必须保证M>>m;
(2)B到E过程拉力做的功等于拉力与位移的乘积;根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解B点和E点速度,得到动能的增加量;当总功和动能的增加量相等时动能定理得证.
解答:解:(1)①实验装置图中存在的问题有: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所缺的步骤: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);
③沙桶加速下降,处于失重状态,拉力小于重力,只有当加速度较小时可以用重力代替拉力,故应该控制的实验条件是M>>m;
(2)拉力等于重力mg,故拉力做功为:W=mg(S4-S1);
平均速度等于中间时刻的瞬时速度,故:
B点速度为vB=;
E点速度为vE=;
动能增加量为:△Ek==;
当总功和动能的增加量相等,即W≈△Ek时,动能定理得证;
故答案为:(1)①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);③M>>m;
(2)mg(S4-S1),,W≈△Ek.
点评:本题关键明确明确实验原理、误差来源,能够根据运动学规律求解出动能的增加量,求解出拉力的功后进行判断,较难.
②要平衡摩擦力;
③沙桶加速下降,处于失重状态,拉力小于重力,只有当加速度较小时可以用重力代替拉力,故必须保证M>>m;
(2)B到E过程拉力做的功等于拉力与位移的乘积;根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解B点和E点速度,得到动能的增加量;当总功和动能的增加量相等时动能定理得证.
解答:解:(1)①实验装置图中存在的问题有: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所缺的步骤: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);
③沙桶加速下降,处于失重状态,拉力小于重力,只有当加速度较小时可以用重力代替拉力,故应该控制的实验条件是M>>m;
(2)拉力等于重力mg,故拉力做功为:W=mg(S4-S1);
平均速度等于中间时刻的瞬时速度,故:
B点速度为vB=;
E点速度为vE=;
动能增加量为:△Ek==;
当总功和动能的增加量相等,即W≈△Ek时,动能定理得证;
故答案为:(1)①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);③M>>m;
(2)mg(S4-S1),,W≈△Ek.
点评:本题关键明确明确实验原理、误差来源,能够根据运动学规律求解出动能的增加量,求解出拉力的功后进行判断,较难.
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