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在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中,某实验小组采用如图所示的实验装置和实验器材.
(1)为了用细线的拉力表示小车受到的合外力,实验中必须进行的操作是:
改变木板的倾角,用重力的下滑分量来平衡摩擦力
改变木板的倾角,用重力的下滑分量来平衡摩擦力
;为了能够用砂桶和砂所受的重力代替拉力,必须满足的条件是:
M>>m
M>>m

(2)如图为实验中打出的一条纸带,现选取纸带中的A、B两点对应的过程来探究恒力做功与动能改变的关系.已知打点计时器的打点周期为T,重力加速度为g.若砂与砂桶的总质量为m1,小车的质量为m2.则此过程恒力做的功W=,
mgs
mgs
,动能的改变量△EK=
1
2
M(
s2
2T
)
2
-
1
2
M(
s1
2T
)
2
1
2
M(
s2
2T
)
2
-
1
2
M(
s1
2T
)
2
(用题中或图中的物理量符合表示).
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;重物加速下滑,处于失重状态,其对细线的拉力小于重力,要使其对细线的拉力近似等于重力,应该使加速度减小,即重物的质量应该远小于小车的质量.
(2)衡量做功根据W=Fscosα进行计算,用平均速度代替瞬时速度的方法求出AB两点的速度,进而求出动能的改变量.
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,要使拉力等于合力,则应该改变木板的倾角,用重力的下滑分量来平衡摩擦力;
重物加速下滑,处于失重状态,其对细线的拉力小于重力,设拉力为T,根据牛顿第二定律,有
对重物,有 mg-T=ma
对小车,有 T=Ma
解得
T=
M
M+m
mg

故当M>>m时,有T≈mg
(2)则此过程恒力做的功W=Fscosα=mgs
A点的速度vA=
s1
2T

B点的速度vB=
s2
2T

所以动能的改变量△EK=
1
2
M(
s2
2T
)
2
-
1
2
M(
s1
2T
)
2

故答案为:(1)改变木板的倾角,用重力的下滑分量来平衡摩擦力;M>>m;(2)mgs;
1
2
M(
s2
2T
)
2
-
1
2
M(
s1
2T
)
2
点评:明确“探究恒力做功与动能改变的关系”实验的实验原理及方法是求解本题的关键.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源: 题型:

在探究“恒力做功与动能改变的关系”的实验中,某同学用1kg的小车,在平衡摩擦力之后,挂上40g的小砂桶后,小车拖动纸带并打出一系列的点.图中的纸带只是打出的纸带的一部分,所标注的点是计时器每打5点所取的一个计数点,测量数据如图.则:(所用交流电的频率为50Hz,重力加速度g=9.80m/s2
(1)b点所对应的小车运动的动能为
0.057
0.057
J;
(2)从b点到e点,小车动能的增加量为
0.051
0.051
J;
(3)从b点到e点,砂桶对小车做功
0.051
0.051
J.

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科目:高中物理 来源: 题型:

在探究“恒力做功与动能改变的关系”的实验中,某同学采用如下图装置,小车质量M,在平衡摩擦力之后,挂上重物m后,小车拖动纸带并打出一系列的点.图中的纸带只是打出的纸带的一部分,所标注的点相邻两点的时间间隔为T.使用毫米刻度尺进行测量后,将数据记录在图中.则:(重力加速度为g)

(1)若在该实验装置中绳子对小车的拉力取为mg,则小车质量M与所挂重物质量m应满足什么关系
B
B

A、M>m      B、M>>m      C、M<m        D、M<<m
(2)若小车质量M和重物质量m满足(1)中条件,请用题目所给各个物理量的符号计算下面问题:
b点所对应的小车运动的动能为
M(s1+s2)2
8T2
M(s1+s2)2
8T2

从b点到e点,小车动能的增加量为
M[(s4+s5)2-(s1+s2)2]
8T2
M[(s4+s5)2-(s1+s2)2]
8T2

从b点到e点,重物对小车做功
mg(s2+s3+s4
mg(s2+s3+s4

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科目:高中物理 来源: 题型:阅读理解

(1)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中,某实验小组采用如图甲所示的装置.实验步骤如下:精英家教网
①把纸带的一端固定在小车的后面,另一端穿过打点计时器
②改变木板的倾角,以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力
③用细线将木板七的小车通过-个定滑轮与悬吊的托盘相连
④接通电源,放开小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打下一系列的点
⑤测出s、s1、s2 (如图乙所示),查得打点周期为T
判断已平衡摩擦力的直接证据是
 
;本实验还需直接测量的物理量是:
 
.(并用相应的符号表示)
探究结果的表达式是
 
.(用相应的符号表示)
(2)利用本装置还可以测量滑块与木板之间的动摩擦因数.将小车换成滑块,木板平放在水平桌面上,打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz.开始实验时,在托盘中放人适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点.
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①上图给出的是实验中获取的一条纸带的一部分:0、l、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图所示.根据图中数据计算的加速度α=
 
(保留三位有效数字).
②为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有
 
.(填入所选物理量前的字母)
A、木板的长度l
B、木板的质量m1
C、滑块的质量m2
D、托盘和砝码的总质量m3
E、滑块运动的时间t
测量上述所选定的物理量时需要的实验器材是
 

③滑块与木板间的动摩擦因数μ=
 
(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).

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科目:高中物理 来源:2011-2012学年海南省海南中学高一下学期期中考试物理试卷(带解析) 题型:实验题

在探究“恒力做功与动能改变的关系”的实验中,某同学用1kg的小车,在平衡摩擦力之后,挂上44g的小砂桶后,小车拖动纸带并打出一系列的点。图4中的纸带只是打出的纸带的一部分,相邻计数点时间间隔为0.10s,测量数据如图4所示。(重力加速度g =9.80m/s2;)则:(结果保留两位有效数字)

(1)b点所对应的小车运动的动能为         J;
(2)从b点到e点,小车动能的增加量为         J;
(3)从b点到e点,砂桶对小车做功          J。

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科目:高中物理 来源:2014届海南省高一下学期期中考试物理试卷(解析版) 题型:实验题

在探究“恒力做功与动能改变的关系”的实验中,某同学用1kg的小车,在平衡摩擦力之后,挂上44g的小砂桶后,小车拖动纸带并打出一系列的点。图4中的纸带只是打出的纸带的一部分,相邻计数点时间间隔为0.10s,测量数据如图4所示。(重力加速度g =9.80m/s2;)则:(结果保留两位有效数字)

(1)b点所对应的小车运动的动能为          J;

(2)从b点到e点,小车动能的增加量为          J;

(3)从b点到e点,砂桶对小车做功           J。

 

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