Question

15．某學(xué)習(xí)小組利用氣墊導(dǎo)軌裝置來(lái)探究“做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”，圖1為實(shí)驗(yàn)裝置示意圖．利用氣墊導(dǎo)軌上的光電門(mén)可測(cè)出滑塊上的細(xì)窄擋光片經(jīng)過(guò)時(shí)的擋光時(shí)間．氣墊導(dǎo)軌水平放置，不計(jì)滑輪和導(dǎo)軌摩擦，重力加速度為g．實(shí)驗(yàn)步驟如下：

a．測(cè)出擋光條的寬度為d，滑塊與擋光條的質(zhì)量為M；
b．輕細(xì)線的一端固定在滑塊上，另一端繞過(guò)定滑輪掛上一砝碼盤(pán)，盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量為m（m遠(yuǎn)小于M），細(xì)繩與導(dǎo)軌平行；
c．讓滑塊靜止放在導(dǎo)軌左側(cè)的某一位置，測(cè)出擋光片到光電門(mén)的距離為x．
d．釋放滑塊，測(cè)出擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間為△t；
e．改變砝碼的質(zhì)量，保證滑塊每次都在同一位置由靜止釋放，光電門(mén)可測(cè)得對(duì)應(yīng)的擋光時(shí)間，
（1）滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)速度的計(jì)算式v=$\fracvwo4zko{△t}$（用題目中所給的字母來(lái)表達(dá)）
（2）細(xì)線的拉力做功可表達(dá)為W=mgx，滑塊的動(dòng)能改變表達(dá)為E_k=$\frac{1}{2}m（\fracaeaf2kh{△t}）^{2}$．（用題目中所給的字母來(lái)表達(dá)）
（3）我們可以通過(guò)測(cè)得的多組數(shù)據(jù)來(lái)建立$\frac{1}{{△{t^2}}}$-m的關(guān)系圖象來(lái)進(jìn)行更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，則圖2圖象中最符合真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情況的是丙．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)很短時(shí)間內(nèi)，平均速度等于瞬時(shí)速度，即可求解；
（2）根據(jù)拉力做功表達(dá)式，以及熟練應(yīng)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即可求解；
（3）平衡摩擦力就是讓小車(chē)在無(wú)拉力的作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，讓重力沿斜面的分力等于小車(chē)受到的摩擦力．

解答 解：（1）根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度的大小，可知
小物塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)速度的大小是v=$\fracfjs1voc{△t}$．
（2）由題意可知，細(xì)線的拉力做功，則即為盤(pán)和砝碼對(duì)應(yīng)重力做的功，即：mgx；
滑塊的動(dòng)能改變表達(dá)為E_k=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$=$\frac{1}{2}m（\fracz69gia4{△t}）^{2}$
（3）該實(shí)驗(yàn)中保持小車(chē)質(zhì)量M不變，
因此有：v²=2as，a=$\frac{{v}^{2}}{2s}$=$\frac{（\fracj0ffgo6{△t}）^{2}}{2s}$，
而a=$\frac{F}{M}$=$\frac{mg}{M}$，所以$\frac{1}{△{t}^{2}}$=$\frac{2gs}{kkj6rhf^{2}M}$m．
重物質(zhì)量m增加不能遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量時(shí)，直線在末端發(fā)生彎曲，則此結(jié)果對(duì)應(yīng)于圖中的圖丙．
故答案為：（1）$\frack46c4ck{△t}$；（2）mgx，$\frac{1}{2}m（\fraczf5blga{△t}）^{2}$；（3）丙．

點(diǎn)評(píng) 考查光電門(mén)測(cè)量瞬時(shí)速度的原理．
本實(shí)驗(yàn)與教材中的實(shí)驗(yàn)有所不同，但是根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)，明確了實(shí)驗(yàn)原理，即可正確解答