题目内容
9.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将小车停在C点,在砝码盘放上砝码,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=$\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{1}})}^{2}$(用字母M、t1、t2、d表示).
②在小车在增减砝码或在砝码盘中增减砝码,重复①的操作.
③如图2所示,用游村卡尺测量挡光片的宽度d=0.550cm.
(2)下表是他们测得的多组数据,其中M是小车及小车中砝码质量之和,|v22-v12|是两个速度的平方差,可以据此计算出动能变化量△E,F是砝码盘及盘中砝码的总重力,W是F在A、B间所做的功,表格中△E1=0.600J,W3=0.610J(结果保留三位有效数字).
| 次数 | M/kg | |v22-v12|/(m/s)2 | △E/J | F/N | W/J |
| 1 | 0.500 | 0.760 | 0.190 | 0.400 | 0.200 |
| 2 | 0.500 | 1.65 | 0.413 | 0.840 | 0.420 |
| 3 | 0.500 | 2.40 | △E1 | 1.220 | W3 |
| 4 | 1.000 | 2.40 | 1.20 | 2.420 | 1.21 |
| 5 | 1.000 | 2.84 | 1.42 | 2.860 | 1.43 |
分析 (1)小车在钩码的作用下拖动纸带在水平面上做加速运动,通过速度传感器可算出A B两点的速度大小,根据$△{E}_{k}=\frac{1}{2}m{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}m{{v}_{1}}^{2}$即可计算出动能的变化;游标卡尺的读数先读出主尺的刻度数,然后读出游标尺的刻度;
(2)针对表格中数据的特点,总结出相应的规律,求出△E1和W3;
(3)由功与动能变化的关系式,确定图线上斜率与截距的意义,结合摩擦力的公式即可求出摩擦因数.
解答 解:(1)①小车通过A时的速度为:${v}_{A}=\frac{d}{{t}_{1}}$,
小车通过B时的速度为:${v}_{B}=\frac{d}{{t}_{2}}$,
则小车通过A、B过程中动能的变化量为:△E=$\frac{1}{2}M(\frac{d}{{t}_{2}})^{2}-\frac{1}{2}M(\frac{d}{{t}_{1}})^{2}$,
③游标卡尺的读数先读出主尺的刻度数:5mm,游标尺的刻度第10个刻度与上边的刻度对齐,所以读数为:0.05×10=0.50mm,总读数为:5mm+0.50mm=5.50mm=0.550cm
(2)由各组数据可见规律,有:△E=$△E=\frac{1}{2}({{v}_{2}}^{2}-{{v}_{1}}^{2})$,
可得:△E1=0.600J
观察F-W数据规律可得数值上有:W3=$\frac{{F}_{3}}{2}$=0.610 J
3)由题意,小车受到的拉力是:F=(mg-f),小车的位移是s,设小车的质量是M,小车动能的变化是:$\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{1}})}^{2}$
根据做功与动能变化的关系可得:(mg-f)s=$\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{1}})}^{2}$,
所以得:$mg-f=\frac{M{d}^{2}}{2s}(\frac{1}{{{t}_{2}}^{2}}-\frac{1}{{{t}_{1}}^{2}})$
所以,图线的坐标轴的截距表示摩擦力f,即:f=b,
图线的斜率:$k=\frac{M{d}^{2}}{2s}$
由摩擦力的公式得:$μ=\frac{f}{{F}_{N}}=\frac{f}{Mg}$=$\frac{b{d}^{2}}{2gsk}$.
故答案为:(1)①$\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac{d}{{t}_{1}})}^{2}$;③0.550;(2)0.600J;0.610J;(3)$\frac{b{d}^{2}}{2gsk}$
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.对于系统问题处理时我们要清楚系统内部各个物体能的变化
| A. | F2=F1=G | B. | F2>F1>G | C. | F2<F1=G | D. | F2<F1<G |
| A. | 在0-1s内,合外力对帆船做了1000J的功 | |
| B. | 在0-2s内,合外力对帆船做了250J的负功 | |
| C. | 在1-2s内,合外力对帆船不做功 | |
| D. | 在0-3s内,合外力始终对帆船做正功 |
| A. | ${\;}_{0}^{1}$n是质子 | B. | ${\;}_{0}^{1}$n是电子 | ||
| C. | X是${\;}_{14}^{28}$Si的同位素 | D. | X是${\;}_{15}^{31}$P的同位素 |
| A. | 拉力F的最小值为60$\sqrt{5}$N | B. | 拉力F的最大值为150N | ||
| C. | 拉力F做功的最小值为100J | D. | 拉力F做功的最大值为150J |