题目内容

8.某实验小组设计了“探究做功与物体速度变化的关系”的实验装置,实验步骤如下:
a.实验装置如图甲所示,细绳一端系在滑块上,另一端绕过小滑轮后挂一砂桶,小砂桶内装一定量砂子,用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫高,不断调整垫块的高度,直至轻推滑块后,滑块恰好能沿长木板向下做匀速直线运动;
b.保持长木板的倾角不变,取下细绳和砂桶,将滑块右端与纸带相连,并穿过打点计时器的限位孔,接通打点计时器的电源后,释放滑块,让滑块从静止开始加速下滑;
c.取下纸带,在纸带上取如图乙所示的A、B两计数点,并用刻度尺测出s1、s2及A、B两点间的距离s,打点计时器的打点周期为T.
根据以上实验,回答下列问题:
(1)若忽略滑轮质量及轴间摩擦,本实验中滑块加速下滑时所受的合外力等于砂桶及砂的总重力(填“等于”“大于”或“小于”)
(2)为探究从A到B过程中,做功与物体速度变化关系,则实验中已测量出砂与砂桶的重力mg(或者砂与砂桶的质量m),还需测量的量有滑块的质量M.
(3)请写出探究结果表达式mgs=$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{2}}{2T})^{2}$-$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{1}}{2T})^{2}$.

分析 (1)若忽略滑轮质量及轴间摩擦,本实验中滑块加速下滑时所受的合外力用砂桶及砂的总重力来代替.
(2)、(3)根据W=mgs求出砂桶及砂的总重力做功,根据匀变速直线运动的平均速度等于中点时刻的瞬时速度求A、B的速度,即可得到动能的变化量,从而写出探究结果表达式,根据此表达式分析所需要的测量仪器.

解答 解:(1)由题a步骤知,滑块所受的摩擦力被重力沿斜面向下的分力平衡,所以滑块加速下滑时所受的合外力等于砂桶及砂的总重力.
(2)、(3)砂桶及砂的总重力做功为:W=mgs;打点计时器打A点时,滑块的速度大小为:vA=$\frac{{s}_{1}}{2T}$,打B点时,滑块的速度大小为:vB=$\frac{{s}_{2}}{2T}$,从A到B过程,滑块动能的变化量为:
$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{2}}{2T})^{2}$-$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{1}}{2T})^{2}$,
则需要探究结果表达式为:mgs=$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{2}}{2T})^{2}$-$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{1}}{2T})^{2}$.
可由上式可知:为探究从A到B过程中,做功与物体速度变化关系,则实验中还需测量的量有 砂与砂桶的重力mg(或者砂与砂桶的质量m)、滑块质量M.
故答案为:(1)等于;(2)砂与砂桶的重力mg(或者砂与砂桶的质量m)、滑块质量M;(3)mgs=$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{2}}{2T})^{2}$-$\frac{1}{2}M(\frac{{s}_{1}}{2T})^{2}$

点评 该题要掌握验证动能定理中平衡摩擦力的目的和方法,正确动能定理的表达式,即可选择所需要的实验器材.

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