题目内容

9.为了探究“合外力做功与物体动能改变的关系”,某同学设计了如下实验方案:
第一步:如图甲所示,把木板一端垫起,滑块通过跨过定滑轮的轻绳与一质量为m的重锤相连,重锤下连一纸带,纸带穿过打点计时器.调整木板倾角,直到轻推滑块,滑块沿木板向下匀速运动.
第二步:如图乙所示,保持木板倾角不变,取下细绳和重锤,将打点计时器安装在木板靠近定滑轮处,将滑块与纸带相连,使纸带穿过打点计时器,
第三步:接通电源释放滑块,使之从静止开始加速运动,打出的纸带如图丙所示.其中打下计数点0时,滑块的速度为零,相邻计数点的时间间隔为T.

(1)根据纸带求打点计时器打E点时滑块的速度vE=$\frac{{x}_{6}-{x}_{4}}{2T}$,
(2)合外力在OE段对滑块做功的表达式WOE=mgx5;(当地的重力加速度g)
(3)利用图丙数据求出各段合外力对滑块所做的功形及A、B、C、D、E各点的瞬间速度v,以v2为纵轴,以W为横轴建坐标系,作出v2-W图象,发现它是一条过坐标原点的倾斜直线,测得直线斜率为k,则滑块质量M=$\frac{2}{k}$.

分析 (1)用平均速度代替瞬时速度去求解AB点的速度;
(2)合外力为重物的重力,要求出外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块的位移x,根据W=Fx即可求解;
(3)根据做功公式求出W与v2的关系式即可求解.

解答 解:(1)用平均速度代替瞬时速度得:VE=$\frac{{x}_{6}-{x}_{4}}{2T}$;
(2)合外力为重物的重力,要求出外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块的位移x5,则W=Fx=mgx5;
(3)合外力做的功为:W=Fx=Mg•$\frac{1}{2}$gt2=$\frac{1}{2}$Mv2,所以v2=$\frac{2}{M}$W,已知直线斜率为k,所以M=$\frac{2}{k}$;
故答案为:(1)$\frac{{x}_{6}-{x}_{4}}{2T}$;(2)mgx5;(3)$\frac{2}{k}$;.

点评 本题主要考查了打点计时器中求瞬时速度的方法,能根据做功公式求出W与v2的关系式,根据图象的斜率求解质量,难度适中.

练习册系列答案
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17.某实验小组利用如图甲所示的装置探究功和动能变化的关系,他们将宽度为d的挡光片固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连,在水平桌面上相距为s 的A、B两点各安装一个光电门,记录小车通过A、B时的遮光时间,小车中可以放置砝码.

(1)实验主要步骤如下:
①如图乙所示,用游标卡尺测量挡光片的宽度d=5.50mm.
②实验中木板略微倾斜,这样做目的是AC
A.为了平衡小车所受到的摩擦力
B.为了增大小车下滑的加速度
C.可使得细线拉力对小车做的功等于合力对小车做的功
D.为了使释放小车后,小车能匀加速下滑
③将小车停在C点,在砝码盘中放上砝码,小车在细线拉动下运动,记录此时小车及小车中砝码的质量之和为M,砝码盘和盘中砝码的总质量为m,小车通过A、B时的遮光时间分别为t1、t2,则小车通过A、B过程中动能的变化量△E=$\frac{1}{2}$M[($\frac{d}{{t}_{2}}$)2-($\frac{d}{{t}_{1}}$)2](用字母M、t1、t2、d表示).
④在小车中增减砝码或在砝码盘中增减砝码,重复③的操作.
(2)若在本实验中木板保持水平而没有平衡摩擦力,假设小车与水平长木板之间的动摩擦因数为μ.利用上面的实验器材完成实验,保证小车质量不变,改变砝码盘中砝码的数量(取绳子拉力近似等于砝码盘及盘中砝码的总重力),测得多组m、t1、t2的数据,并得到m与($\frac{1}{{t}_{2}}$)2-($\frac{1}{{t}_{1}}$)2的关系图象如图丙所示.已知图象在纵轴上的截距为b,直线PQ的斜率为k,则μ=$\frac{b{d}^{2}}{2gks}$(用字母b、d、s、k、g表示).

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