题目内容
7.伽利略在《两种新科学的对话》一书中,讨论了自由落体运动和物体沿斜面运动的问题,提出了这样的猜想:物体沿斜面下滑是一种匀变速直线运动.同时他还运用实验验证了其猜想.某校科技兴趣小组依据伽利略描述的实验方案,设计了如图所示的装置,探究物体沿斜面下滑是否做匀变速直线运动.(1)实验时,让滑块从不同高度由静止沿斜面下滑,并同时打开装置中的阀门,使水箱中的水流到量筒中;当滑块碰到挡板的同时关闭阀门(整个过程中水流可视为均匀稳定的).该实验探究方案是利用量筒中收集的水量来测量时间的.
(2)表是该小组测得的有关数据,其中s为滑块从斜面的不同高度由静止释放后沿斜面下滑的距离,V为相应过程中量筒中收集的水量.分析表中数据,根据$\frac{s}{{V}^{2}}$在误差的范围内是一常数,可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论.
| 次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| S(m) | 4.5 | 3.9 | 3.0 | 2.1 | 1.5 | 0.9 | 0.3 |
| V(mL)90 | 90 | 84 | 72 | 62 | 52 | 40 | 23.5 |
| $\frac{s}{{V}^{2}}$ | 5.6×10-4 | 5.5×10-4 | 5.58×10-4 | 5.5×10-4 | 5.6×10-4 | 5.6×10-4 | 5.4×10-4 |
分析 关于初速度为零的匀变速运动,位移与时间的二次方成正比,由于水是均匀稳定的流出,水的体积和时间成正比,所以该实验只要验证位移与体积的二次方是否成正比,就可验证该运动是否匀变速直线运动.
解答 解:(1)关于初速度为零的匀变速运动,位移与时间的二次方成正比,由于水是均匀稳定的流出,水的体积和时间成正比,所以量筒中收集的水量可以间接的测量时间.
(2)验证该运动是否匀变速直线运动,关键看位移与时间的二次方是否成正比,即看位移与体积的二次方是否成正比.
所以根据$\frac{s}{{V}^{2}}$在误差的范围内是一常数,可以得出滑块沿斜面下滑是做匀变速直线运动的结论.
(3)本实验误差的主要来源有:水从水箱中流出不够稳定,还可能来源于距离测量的不准确,滑块开始下滑和开始流水不同步或斜面摩擦不均匀.
故本题答案为:(1)时间;(2)$\frac{s}{{V}^{2}}$在误差的范围内是一常数;(3)滑块下滑距离测量不准确,滑块开始下滑、滑块碰到挡板与阀门的打开与关闭不同步.
点评 解决该问题的关键是明确实验原理,根据流入量筒水的量与时间成正比,将时间问题转化为为水量问题,本题是考查学生创新能力的好题.
练习册系列答案
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