题目内容

19.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)实验中木板略微倾斜,这样做目的是CD
A.为了使释放小车后,小车能匀加速下滑
B.为了增大小车下滑的加速度
C.可使得细线拉力做的功等于合力对小车做的功
D.可使得小车在未施加拉力时能匀速下滑
(2)实验主要步骤如下:
①将小车停在C点,在砝码盘中放上砝码,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,并使得m远小于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=$\frac{1}{2}M[{(\frac{d}{t_2})^2}-{(\frac{d}{t_1})^2}]$(用字母M、t1、t2、d表示).
②在小车中增减砝码或在砝码盘中增减砝码,重复①的操作.
③如图乙所示,用游标卡尺测量挡光片的宽度d=0.550cm.
(3)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△E3=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/JF/NW/J
10.5000.7600.1900.4000.200
20.5001.650.4130.8400.420
30.5002.40△E31.220W3
41.0002.401.202.4201.21
51.0002.841.422.8601.43

分析 (1)为了使绳子拉力充当合力,即细线拉力做的功等于合力对小车做的功应先平衡摩擦力.
(2)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△Ek=$\frac{1}{2}$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.
(3)针对表格中数据的特点,总结出相应的规律,求出△E3和W3.

解答 解:(1)为了使绳子拉力充当合力,即细线拉力做的功等于合力对小车做的功应先平衡摩擦力,摩擦力平衡好的检测标准即:可使得小车在未施加拉力时做匀速直线运动,故CD正确;
故选:CD;
(2)①小车通过A时的速度:vA=$\frac{d}{{t}_{1}}$
小车通过B时的速度:vB=$\frac{d}{{t}_{2}}$;
则小车通过A、B过程中动能的变化量△E=$\frac{1}{2}$M${v}_{B}^{2}$-$\frac{1}{2}$M${v}_{A}^{2}$=$\frac{1}{2}M[{(\frac{d}{t_2})^2}-{(\frac{d}{t_1})^2}]$;
②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;
(3)由各组数据可见规律△E=$\frac{1}{2}$M${v}_{2}^{2}$-$\frac{1}{2}$M${v}_{1}^{2}$
可得△E3=0.600J
观察F-W数据规律可得数值上W3=$\frac{{F}_{3}}{2}$=0.610 J
故答案为:(1)CD;(2)①$\frac{1}{2}M[{(\frac{d}{t_2})^2}-{(\frac{d}{t_1})^2}]$;③0.550;  (3)0.600J,0.610J.

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.

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