题目内容

【题目】在“探究功与速度变化的关系”的实验中,某学习小组在实验室组装了如图甲所示的装置,他们选用的砝码质量为m,称得小车的质量为M,把纸带连在小车上,细线跨过滑轮并挂上砝码,让小车处于静止状态。请回答下列问题∶

(1)要让砝码的重力近似等于小车的拉力,砝码的质量应___________(填“远大于”“近似等于”或“远小于”)小车的质量;

(2)要让细线的拉力近似等于小车的合力,实验前________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力;

(3)接通打点计时器电源,释放小车,让砝码带动小车加速运动,打点计时器打出一条如图乙所示的一条纸带,0点为起始点,相邻计数点间的时间间隔为T,重力加速度为g;从0点到第7点,细线拉力对小车做的功为__________J;打第7点时小车速度为__________m/s;(用题中所给的表示数据的字母表示)

(4)若遵循(1)(2)步骤进行某次实验,得到以拉力做功W为纵坐标,以速度的平方v2为横坐标的W-v2图像如图丙所示,则图像不经过原点主要原因是____________________。

【答案】远小于 需要 mg(x1+x2+x3) 操作失误,先释放小车,后打开电源

【解析】

(1)[1]以整体为研究对象,根据牛顿第二定律则有

解得

以为研究对象有绳子的拉力为

显然要有,必有,故有

即要让砝码的重力近似等于小车的拉力,砝码的质量应远小于小车的质量;

(2)[2]为了实验时小车所受的合外力等于细线的拉力,需要平衡摩擦力;

(3)[3]在打计数点0到7的过程中,细线拉力对小车做的功为

[4]根据中点时刻的速度等于平均速度,打第7点时小车速度为

(4)[5]根据动能定理则有

拉力做功时,则有

则图像不经过原点主要原因是打点计时器打点时,小车已经运动,即操作失误,先释放小车,后打开电源。

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