题目内容
14.如图1所示,是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验,图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行的情形,这时,橡皮筋对小车做的功记为W.当我们用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时,每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放.小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.(1)除了图中的已给出的实验器材外,还需要的器材有交流电源、刻度尺;
(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的措施是把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力;
(3)每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的点距均匀部分进行测量;
(4)下面是本实验的数据记录表,请将第2次、第3次…实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置;
| 橡皮筋做的功 | 10个间隔的距离S(m) | 10个间隔的时间T(s) | 小车获得的速度vn(m/s) | 小车速度的平方vn2(m/s)2 | |
| 1 | W | 0.200 | 0.2 | ||
| 2 | 0.280 | 0.2 | |||
| 3 | 0.300 | 0.2 | |||
| 4 | 0.400 | 0.2 | |||
| 5 | 0.450 | 0.2 |
分析 (1)实验中需要根据所打点之间的距离,计算物体的速度,因此需要的仪器还有刻度尺;实验中需要用到电磁打点计时器,必须提供4-6低压交流电源;
(2)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,需要采取平衡摩擦力的措施;
(3)小车先在橡皮条的拉动下做加速运动,当橡皮条恢复原长时,拉力减为零,小车由于惯性继续做匀速运动,因此小车匀速时的速度就是该过程中的最大速度;
(4)建立坐标系,根据表格中数据描点,用平滑的曲线连接,从而得到图象.
(5)根据图象的形状,结合数学知识进行分析功与速度的关系
解答
解:(1)根据实验原理可知,实验中需要刻度尺测量计数点之间的距离,来计算物体的速度,所以要用到刻度尺.
为了能让打点计时器工作,必须提供交流电源.故缺少刻度尺和交流电源.
(2)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力,故可以将长木板的一端垫高平衡小车所受的摩擦力.
(3)纸带在橡皮条的作用下做加速运动,橡皮条做功完毕,则速度达到最大,此后做匀速运动,因此匀速时的速度即为该过程中的最大速度,故为了测量小车获得的速度,应选用纸带点距均匀部分测量
(4)我们把1根橡皮筋对小车做的功记为1W,作为功的一个计量单位.当我们用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时,橡皮筋做的功分别是2W,3W,4W,5W…
(5)根据匀速直线运动的位移公式x=vt得:$v=\frac{x}{t}$,所以:
${v}_{1}=\frac{0.2}{0.2}=1m/s$,${v}_{2}=\frac{0.28}{0.2}=1.4m/s$,${v}_{3}=\frac{0.3}{0.2}=1.5m/s$,${v}_{4}=\frac{0.4}{0.2}=2m/s$,${v}_{5}=\frac{0.45}{0.2}=2.25m/s$;
所以:${{v}_{1}}^{2}=1$,${{v}_{2}}^{2}=1.96$,${{v}_{3}}^{2}=2.25$,${{v}_{4}}^{2}=4$,${{v}_{5}}^{2}=5.06$,
由动能定理可知,合外力做的功应等于物体动能的变化量,所以W与v2成正比,即Wn∝vn2,根据表中实验数据,应用用描点法作图,图象如图所示:
误差容许的范围内,图象是经过原点的直线,说明Wn与vn2成正比.
故答案为:(1)交流电源、刻度尺;(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力(3)点距均匀(4)2W、3W、4W、5W(5)v2;图象如图所示
点评 本题关键是结合探究功与速度变化关系的实验原理进行分析,如本实验中,明确小车的运动情况,先加速,再匀速,橡皮条做功完毕,速度最大,做匀速运动,故需要测量匀速阶段的速度.
| A. | 在A位置时动能最大 | |
| B. | 在B位置时动能最大 | |
| C. | 在C位置时弹性势能最大 | |
| D. | 在A、B、C三个位置时动能和弹性势能的总和相等 |
| A. | 电流表A示数变大,电压表V示数变小 | |
| B. | 电流表A示数不变,电压表V示数也不变 | |
| C. | 电流表A示数变小,电压表V示数也变小 | |
| D. | 电流表A示数变小,电压表V示数变大 |
| A. | 向上的冲力、重力、斜面的支持力、沿斜面向下的摩擦力 | |
| B. | 重力、斜面的支持力、沿斜面向上的摩擦力 | |
| C. | 重力、斜面的支持力、沿斜面向下的摩擦力 | |
| D. | 重力、对斜面的正压力、沿斜面向下的摩擦力 |
| A. | 重力做功为3J | B. | 电势能减少1J | ||
| C. | 克服空气阻力做功0.5J | D. | 动能减少2.5J |
| A. | 0~1 s内的平均速度是1m/s | |
| B. | 0~2s内的位移大小是3 m | |
| C. | 前一秒和后两秒的速度变化相同 | |
| D. | 0~1s内的运动方向与2~4s内的运动方向相反 |
| A. | 元电荷e的数值最早是由物理学家密立根测得的,这是他获得诺贝尔物理学奖的重要原因 | |
| B. | 物理学家法拉第最早引入了电场概念,并提出用电场线表示电场 | |
| C. | 物理学家奥斯特发现由磁场产生电流的条件和规律--电磁感应定律 | |
| D. | 惯性是物体的固有属性,速度大的物体惯性一定大 |