Question

15．某小組利用氣墊導(dǎo)軌裝置探究“做功與物體動(dòng)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(cè)出其擋光時(shí)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(jì)滑輪和導(dǎo)軌摩擦．實(shí)驗(yàn)步驟如下：①調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌使其水平．并取5個(gè)質(zhì)量均為m的砝碼放在滑塊上：

②用細(xì)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(cè)出遮光條到光電門的距離為S；
③從滑塊上取出一個(gè)砝碼放在砝碼盤中，固定滑塊使其靜止，記錄此時(shí)力傳感器的值為F．接通電源，釋放滑塊后，記錄此時(shí)力傳感器的值為F′，測(cè)出遮光條經(jīng)過(guò)光電門的擋光時(shí)間△t；
④再?gòu)幕瑝K上取出一個(gè)砝碼放在砝碼盤中，重復(fù)步驟③，并保證滑塊從同一個(gè)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(qǐng)完成下面問(wèn)題：
（a）測(cè)量遮光條寬度時(shí)，應(yīng)該使用圖2游標(biāo)卡尺上的B（選填A(yù)、B、C）部件．若用十分度的游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條寬度d如圖3，則d=10.2mm．
（b）滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度可用v=$\fracg6y0wam{△t}$（用題中所給的字母表示，下同）計(jì)算．
（c）在處理步驟③所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，甲同學(xué)理解的合外力做功為W₁=FS，則其對(duì)應(yīng)動(dòng)能變化量應(yīng)當(dāng)是△E_k1=$\frac{（M+4m）ea8a8se^{2}}{2△{t}^{2}}$．乙同學(xué)理解的合外力做功為W₂=F′S，則其對(duì)應(yīng)動(dòng)能變化量應(yīng)當(dāng)是△E_k2=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）2wuoy6s^{2}}{2△{t}^{2}}$；
d）丙同學(xué)按照乙同學(xué)的思路，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到F-$\frac{1}{△t}$的圖線如圖4所示，則其斜率k=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）qwqqcc0^{2}}{2S}$．

Answer 1

分析 a、根據(jù)游標(biāo)卡尺的使用方法及讀數(shù)方法進(jìn)行分析解答；
b、由平均速度公式可求得經(jīng)過(guò)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(gè)物體上的，再由b中求出的速度列出動(dòng)能變化的表達(dá)式；
d、根據(jù)動(dòng)能定理的表達(dá)式得出F-$\frac{1}{△t}$的關(guān)系式，聯(lián)系公式可得出對(duì)應(yīng)的斜率．

解答 解：（a）本實(shí)驗(yàn)中要求測(cè)量厚度，故應(yīng)采用外測(cè)量爪進(jìn)行測(cè)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(guò)光電門的速度v=$\fracayog8aq{△t}$；
c、甲將力傳感器為拉力，則其做功應(yīng)對(duì)應(yīng)小車的動(dòng)能的改變量；故動(dòng)能改變量為：△Ek=$\frac{1}{2}$（M+4m）v²=
$\frac{（M+4m）4kcyaq6^{2}}{2△{t}^{2}}$；
乙應(yīng)是以砝碼盤的重力為拉力，則動(dòng)能應(yīng)為小車與砝碼共同的動(dòng)能增加量；故動(dòng)能增加量為：△E_k1=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）oygmygm^{2}}{2△{t}^{2}}$；
d、由F′S=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）ywesyo6^{2}}{2△{t}^{2}}$可知，F(xiàn)′=$\frac{（M+5m+{m}_{0}）wyy44as^{2}}{2S}$•（$\frac{1}{△t}$）²；
故圖象的斜率為：$\frac{（M+5m+{m}_{0}）6mwic8i^{2}}{2S}$；
故答案為：a、B；10.2；
b、$\frac2kkue2g{△t}$；
c、$\frac{（M+4m）cyuam24^{2}}{2△{t}^{2}}$；$\frac{（M+5m+{m}_{0}）ya0ysak^{2}}{2△{t}^{2}}$
d、$\frac{（M+5m+{m}_{0}）4wwicag^{2}}{2S}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查驗(yàn)證動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)，解決本題的關(guān)鍵掌握實(shí)驗(yàn)的原理，即驗(yàn)證動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)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(shí)速度的方法．