题目内容

17．如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：

①为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动．
②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图乙所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．实验时小车所受拉力为0.2N，小车的质量为0.2kg．请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化△Ek，补填表中空格里（结果保留至小数点后第四位）．
O-BO-CO-DO-EO-F
W/J0.04320.05720.07340.0915
△Ek/J0.04300.05700.07340.0907
分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W=△Ek，与理论推导结果一致．

分析 ①小车做匀速直线运动，相等时间内的位移相等；
②合力的功等于拉力与位移的乘积；F点速度等于EG段的平均速度，求解出速度后再求解动能；

解答 解：①为保证拉力等于小车受到的合力，需平衡摩擦力，当纸带上每2个点之间的距离相等时，小车做匀速直线运动；
②拉力的功为：W=F•xOF=0.2N×0.5575m=0.1115J；
F点的瞬时速度为：vF=$\frac{{x}_{EG}}{2T}$=$\frac{66.77-45.75}{2×0.1}×1{0}^{-2}$=1.051m/s；
故F点的动能为：EK=$\frac{1}{2}$mvF2=$\frac{1}{2}$×0.2×1.0512=0.1105J．
分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W=△Ek，与理论推导结果一致；
故答案为：①匀速直线；
②

O-BO-CO-DO-EO-F
W/J0.04320.05720.07340.09150.1115
△Ek/J0.04300.05700.07340.09070.1105
在实验误差允许的范围内，物体合外力做功等于物体动能的变化．

点评 要明确此题在验证合外力的功与动能变化间的关系中用到的原理，围绕实验原理，明确实验目的，根据相应的物理规律可知需要测量的物理量及实验时的注意事项；本题关键是明确实验原理，会通过纸带求解速度和加速度，不难．

练习册系列答案
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7．已知两个质量分布均匀的星球半径之比为2：1，第一宇宙速度之比为1：2，则下列有关这两个星球的说法中正确的是（　　）
A．两星球密度之比是1：8
B．两星球质量之比是1：2
C．两星球表面的重力加速度之比是1：4
D．分别绕两星球表面附近的卫星绕行一周所用时间之比是2：1
8．某同学利用如图所示的装置探究加速度与合外力的关系，图中A为装有窄遮光片的滑块，B处可悬挂钩码，遮光片的宽度为d，1、2处有两个光电门．
（1）实验中为了使绳的拉力等于滑块A受到的合外力，需要平衡摩擦力，将长木板左端适当垫高，在不悬挂（填“悬挂”或“不悬挂”）钩码的情况下，给滑块A一个初速度，如果观察到滑块做匀速直线运动，则表明已平衡摩擦力．
（2）为了使滑块A受到外力的合力近似等于B的重力，实验必须满足的条件还有滑块A的质量远大于钩码B的质量；如果实验过程中遮光片通过两个光电门1、2的时间分别为△t1、△t2，及滑块从光电门1运动到光电门2所用的时间为t，则滑块运动的加速度为$\frac{d（△{t}_{1}-△{t}_{2}）}{t△{t}_{1}△{t}_{2}}$．
5．如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m1，小车和砝码的质量为m2，重力加速度为g．

（1）下列说法正确的是D．
A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力
B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源
C．本实验m2应远小于m1
D．在用图象法探究加速度与质量关系时，应作a-$\frac{1}{m_2}$图象
（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a-F图象，他可能作出图2中丙 （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是C．
A．小车与轨道之间存在摩擦          B．导轨保持了水平状态
C．钩码的总质量太大                     D．所用小车的质量太大
（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的a-$\frac{1}{m_2}$图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ=$\frac{b}{gk}$，钩码的质量m1=$\frac{1}{gk}$．
（4）实验中打出的纸带如图4所示．相邻计数点间的时间是0.1s，由此可以算出小车运动的加速度是0.46m/s2．
12．小王同学做探究“合力做功与物体速度变化关系”的实验装置如图甲所示，小车在橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行．先平衡摩擦力，再用1条橡皮筋对小车做的功记为W，当用2条、3条…实验时，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致．实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．

（1）在实验准备过程中，小诗整理了一些实验器材如图乙所示，还缺少的两个器材是6V交流电源、刻度尺、导线．
（2）用一条纸带穿过打点计时器，该同学发现有图丙中的两种穿法，感到有点犹豫．你认为B（选填“A”或“B”）的穿法更合理．
（3）该同学在实验过程中，①应平衡摩擦力；②应选长短、粗细一样的橡皮筋若干；③每次实验都让小车从同一地点静止释放．以上操作对“实验中每条橡皮筋做相同的功”这一要求有帮助的是②③（填序号）
2．图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4，相邻的等势面之间的电势差相等，其中等势面2的电势为0．一带正电的点电荷在静电力的作用下运动，经过a、b点时的动能分别为20eV和2eV．当这一点电荷运动到某一位置，其电势能变为-5eV，它的动能应为19eV．
9．一带电粒子在正电荷形成的电场中，运动轨迹如图所示的abcd曲线，下列判断正确的是（　　）
A．粒子带正电
B．粒子通过a点时的速度比通过b点时大
C．粒子在a点受到的电场力比b点小
D．粒子在a点时的电势能比b点大
6．如图所示，平行板电容器充电后与电源断开，两个极板为A、B，B板接地，A板带电量+Q，板间电场有一固定点P，若将B板固定，A板下移一些，或将A板固定，B板上移一些，在这两种情况中，下列说法正确的是（　　）
A．A板下移时，P点的电场强度不变，P点电势不变
B．A板下移时，P点的电场强度不变，P点电势升高
C．B板上移时，P点的电场强度减小，P点电势降低
D．B板上移时，P点的电场强度不变，P点电势降低
7．物体的位移与时间的关系式为：S=5t+5t2（采用国际单位制），则（　　）
A．物体的初速度大小是5m/sB．物体的加速度大小是10m/s2
C．物体的初速度大小是10m/sD．物体的加速度大小是5m/s2

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