Question

11．實驗小組用如圖1所示的實驗裝置和實驗器材做“探究功與速度變化的關(guān)系”實驗，在實驗中，該小組同學吧沙和沙桶的總重力當做小車所受的合外力．
①除圖中實驗裝置儀器外，還需要從下列儀器中選擇BCD
A．秒表   B．天平  C．刻度尺  D．交流電源  E．直流電源
②為了使實驗結(jié)果的誤差盡量小，在實驗操作中，下列操作必要的是BD
A．試驗中要先放小車后接通電源
B．在實驗過程中要保證從沙和沙桶的總質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量
C．實驗前對裝置進行平衡摩擦力的裝置時，需要在細線一端掛上空的沙桶
D．紙帶和細線應與木板保持平衡
③如圖2所示，為試驗中打出的一條織帶，現(xiàn)選取織帶中的A，B兩點來探究功與速度變化的關(guān)系，已知打點計時器的打點周期為T，重力加速度為g，圖中已經(jīng)表明了要測量的物理量，另外，小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，請你把要探究的結(jié)果用題中給出的字母表示出來mgx=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$

Answer 1

分析 ①由于實驗需要測量小車速度和質(zhì)量，故還需要的測量儀器有刻度尺、天平，打點計時器需要交流電源；
②解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應當清楚；
③恒力做功根據(jù)W=Fscosα進行計算，用平均速度代替瞬時速度的方法求出AB兩點的速度，進而求出動能的改變量．

解答 解：①打點計時器需要交流電源，由于實驗需要測量小車速度，速度是使用打點計時器打的紙帶計算得出的，故要測量點距，需要刻度尺，本實驗還要測量質(zhì)量，故選要天平．
故選：BCD
②A、實驗時，若先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故A錯誤；
B、在實驗過程中要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量，這樣才能使得砂和砂桶的總重力近似等于細繩對小車的拉力，故B正確；
C、實驗前對裝置進行平衡摩擦力的裝置時，不能掛上空的沙桶，故C錯誤．
D、紙帶和細線應與木板保持平行，否則繩子拉力不等于小車受到的合力，故D正確．
故選：BD
③小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m，M遠大于m．則對小車的作用力等于砂和砂桶的總重力mg，所以恒力對小車做的功可表示為：mgx．
由${v}_{\frac{t}{2}}=\frac{x}{t}$可知，${v}_{A}=\frac{{x}_{1}}{4T}$，${v}_{B}=\frac{{x}_{2}}{4T}$，所以小車動能的改變量為$△{E}_{K}=\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}$=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$，
本實驗就是要驗證減少的重力勢能是否等于增加的動能，即mgx=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$．
故答案為：①BCD；②BD；③mgx=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$．

點評 明確“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實驗的實驗原理及方法是求解本題的關(guān)鍵．對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．這樣問題我們要從實驗原理和減少實驗誤差方面去解決．