题目内容

14.在“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中,某学习小组的同学使用如图所示的气垫导轨装置.先非常仔细地把导轨调成水平,然后用垫块把导轨一端适当垫高,用天平测出滑块质量m,用刻度尺测出滑块上面挡光板的宽度l,使滑块从轨道上端某处开始下滑距离L,下滑高度为H,测出两光电门G1和G2距离为s,滑块通过两光电门G1和G2的时间分别为△t1和△t2.则:
(1)滑块通过光电门G1和G2时的速度分别为v1=$\frac{l}{{△t}_{1}}$,v2=$\frac{l}{{△t}_{2}}$;
(2)滑块由G1到G2这段过程中动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}$m[${(\frac{l}{{△t}_{2}})}^{2}$-${(\frac{l}{{△t}_{1}})}^{2}$],;
(3)滑块由G1到G2这段这段过程中下降的高度h=$\frac{Hs}{L}$;
(4)滑块所受重力做功W=$\frac{mgHs}{L}$;
(5)探究结果的表达式是$\frac{mgHs}{L}$=$\frac{1}{2}$m[${(\frac{l}{{△t}_{2}})}^{2}$-${(\frac{l}{{△t}_{1}})}^{2}$](以上结果均用题中已知物理量的符号表示).

分析 光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法.由于光电门的宽度L很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
实验要测量滑块动能的增加量和合力做的功,用沙和沙桶的总质量表示滑块受到的拉力,对滑块受力分析,受到重力、拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,必须使重力的下滑分量等于摩擦力;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.

解答 解:(1)由于光电门的宽度L很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.
滑块通过光电门G1和G2时的速度分别为v1=$\frac{l}{{△t}_{1}}$,v2=$\frac{l}{{△t}_{2}}$,
(2)滑块由G1到G2这段过程中动能的增加量△Ek=$\frac{1}{2}$m[${(\frac{l}{{△t}_{2}})}^{2}$-${(\frac{l}{{△t}_{1}})}^{2}$],
(3)使滑块从轨道上端某处开始下滑距离L,下滑高度为H,测出两光电门G1和G2距离为s,
所以滑块由G1到G2这段这段过程中下降的高度h=$\frac{Hs}{L}$,
(4)滑块所受重力做功W=mgh=$\frac{mgHs}{L}$,
(5)探究结果的表达式是$\frac{mgHs}{L}$=$\frac{1}{2}$m[${(\frac{l}{{△t}_{2}})}^{2}$-${(\frac{l}{{△t}_{1}})}^{2}$],
故答案为:(1)$\frac{l}{{△t}_{1}}$;$\frac{l}{{△t}_{2}}$
(2)$\frac{1}{2}$m[${(\frac{l}{{△t}_{2}})}^{2}$-${(\frac{l}{{△t}_{1}})}^{2}$],
(3)$\frac{Hs}{L}$
(4)$\frac{mgHs}{L}$
(5)$\frac{mgHs}{L}$=$\frac{1}{2}$m[${(\frac{l}{{△t}_{2}})}^{2}$-${(\frac{l}{{△t}_{1}})}^{2}$]

点评 这个实验对于我们可能是一个新的实验,但该实验的原理都是我们学过的物理规律.做任何实验问题还是要从最基本的物理规律入手去解决.

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