题目内容

3.用如图1所示装置做“验证动能定理”的实验.实验中,小车碰到制动挡板时,钩码尚未到达地面.

①为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力,以下操作必要的是AC(选填选项前的字母).
A.在未挂钩码时,将木板的右端垫高以平衡摩擦力
B.在悬挂钩码后,将木板的右端垫高以平衡摩擦力
C.调节木板左端定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行
D.所加钩码的质量尽量大一些
②图2是某次实验中打出纸带的一部分.O、A、B、C为4个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出,所用交流电源的频率为50Hz.通过测量,可知打点计时器打B点时小车的速度大小为0.36 m/s.
③甲同学经过认真、规范地操作,得到一条点迹清晰的纸带.他把小车开始运动时打下的点记为O,再依次在纸带上取等时间间隔的1、2、3、4、5、6等多个计数点,可获得各计数点到O的距离s及打下各计数点时
小车的瞬时速度v.图3是根据这些实验数据绘出的v2-s图象.已知此次实验中钩码的总质量为0.015kg,小车中砝码的总质量为0.100kg,取重力加速度g=9.8m/s2,则由图象可知小车的质量为0.18kg(结果保留两位有效数字).

分析 (1)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段垫高;
(2)根据平均速度等于瞬时速度求解;
(3)对整体,根据动能定理列式求出v2-s的表达式,结合图象的斜率求解.

解答 解:(1)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,为了在实验中能够把细绳对小车的拉力视为小车的合外力,则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力,并且调节木板左端定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行,故AC正确,BD错误;
故选:AC
(2)相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出,则T=0.1s,${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{0.1006-0.0286}{0.2}=0.36m/s$,
根据动能定理得:$mgs=\frac{1}{2}(M+m+m′){v}^{2}$,
则${v}^{2}=\frac{2mg}{M+m+m′}$s,
根据图象可知,斜率k=$\frac{0.20}{0.2}=1$,则$\frac{2mg}{M+m+m′}$=1,
解得:M=0.18kg
故答案为:(1)AC;(2)0.36;(3)0.18.

点评 明确实验原理往往是解决实验问题的关键,该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似可以类比学习.

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