Question

15．某小組利用氣墊導(dǎo)軌裝置探究“做功與物體動能改變量之間的關(guān)系”．圖1中，遮光條寬度為d，光電門可測出其擋光時間△t，滑塊與力傳感器的總質(zhì)量為M，砝碼盤的質(zhì)量為m₀，不計滑輪和導(dǎo)軌摩擦．實驗步驟如下：①調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌使其水平．并取5個質(zhì)量均為m的砝碼放在滑塊上：

②用細繩連接砝碼盤與力傳感器和滑塊，讓滑塊靜止放在導(dǎo)軌右側(cè)的某一位置，測出遮光條到光電門的距離為S；
③從滑塊上取出一個砝碼放在砝碼盤中，固定滑塊使其靜止，記錄此時力傳感器的值為F．接通電源，釋放滑塊后，記錄此時力傳感器的值為F′，測出遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間△t；
④再從滑塊上取出一個砝碼放在砝碼盤中，重復(fù)步驟③，并保證滑塊從同一個位置靜止釋放；
⑤重復(fù)步驟④，直至滑塊上的砝碼全部放入到砝碼盤中．
請完成下面問題：
（a）測量遮光條寬度時，應(yīng)該使用圖2游標卡尺上的B（選填A(yù)、B、C）部件．若用十分度的游標卡尺測得遮光條寬度d如圖3，則d=10.2mm．
（b）滑塊經(jīng)過光電門時的速度可用v=$\fracwi4se4a{△t}$（用題中所給的字母表示，下同）計算．
（c）在處理步驟③所記錄的實驗數(shù)據(jù)時，甲同學(xué)理解的合外力做功為W₁=FS，則其對應(yīng)動能變化量應(yīng)當(dāng)是△E_k1=$\frac{（M+4m）aoau6qo^{2}}{2△{t}^{2}}$．乙同學(xué)理解的合外力做功為W₂=F′S，則其對應(yīng)動能變化量應(yīng)當(dāng)是△E_k2=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）iq24kaq^{2}}{2△{t}^{2}}$；
d）丙同學(xué)按照乙同學(xué)的思路，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到F-$\frac{1}{△t}$的圖線如圖4所示，則其斜率k=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）0gy0gqy^{2}}{2S}$．

Answer 1

分析 a、根據(jù)游標卡尺的使用方法及讀數(shù)方法進行分析解答；
b、由平均速度公式可求得經(jīng)過光電門的速度；
c、根據(jù)給出的信息明確兩同學(xué)所用的拉力是作用在哪一個物體上的，再由b中求出的速度列出動能變化的表達式；
d、根據(jù)動能定理的表達式得出F-$\frac{1}{△t}$的關(guān)系式，聯(lián)系公式可得出對應(yīng)的斜率．

解答 解：（a）本實驗中要求測量厚度，故應(yīng)采用外測量爪進行測量；故選：B； 讀數(shù)為：10mm+2×0.1mm=10.2mm；
b、由平均速度公式可得，經(jīng)過光電門的速度v=$\fracmysy4og{△t}$；
c、甲將力傳感器為拉力，則其做功應(yīng)對應(yīng)小車的動能的改變量；故動能改變量為：△Ek=$\frac{1}{2}$（M+4m）v²=
$\frac{（M+4m）gaegg0c^{2}}{2△{t}^{2}}$；
乙應(yīng)是以砝碼盤的重力為拉力，則動能應(yīng)為小車與砝碼共同的動能增加量；故動能增加量為：△E_k1=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）gkqeow4^{2}}{2△{t}^{2}}$；
d、由F′S=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）u2cske0^{2}}{2△{t}^{2}}$可知，F(xiàn)′=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）mg08emk^{2}}{2S}$•（$\frac{1}{△t}$）²；
故圖象的斜率為：$\frac{（M+5m+{m}_{0}）gackqsi^{2}}{2S}$；
故答案為：a、B；10.2；
b、$\fraciuk4quk{△t}$；
c、$\frac{（M+4m）qkas6au^{2}}{2△{t}^{2}}$；$\frac{（M+5m+{m}_{0}）ksqamum^{2}}{2△{t}^{2}}$
d、$\frac{（M+5m+{m}_{0}）seu6ysq^{2}}{2S}$．

點評 本題考查驗證動能定理的實驗，解決本題的關(guān)鍵掌握實驗的原理，即驗證動能的增加量和重力勢能的減小量是否相等，掌握光電門的應(yīng)用，明確用光電門求解瞬時速度的方法．