【題目】如圖所示是某同學探究動能定理的實驗裝置。已知重力加速度為g,不計滑輪摩擦阻力,該同學的實驗步驟如下:

a.將長木板傾斜放置,小車放在長木板上,長木板旁放置兩個光電門A和B,砂桶通過滑輪與小車相連。

b.調(diào)整長木板傾角,使得小車恰好能在細繩的拉力作用下勻速下滑,測得砂和砂桶的總質(zhì)量為m

c.某時刻剪斷細繩,小車由靜止開始加速運動

d.測得擋光片通過光電門A的時間為Δt1,通過光電門B的時間為Δt2,擋光片寬度為d,小車質(zhì)量為M,兩個光電門A和B之間的距離為L

e.依據(jù)以上數(shù)據(jù)探究動能定理

(1)根據(jù)以上步驟,你認為以下關(guān)于實驗過程的表述正確的是________。

A.實驗時,先剪斷細繩,后接通光電門

B.實驗時,小車加速運動的合外力為F=Mg

C.實驗過程不需要測出斜面的傾角

D.實驗時,應(yīng)滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠小于小車質(zhì)量M

(2)小車經(jīng)過光電門A、B的瞬時速度為vB=________、vA=________。如果關(guān)系式___________在誤差允許范圍內(nèi)成立,就驗證了動能定理。

【答案】(1)AC (2) mgl=M()2/2–M()2/2

【解析】實驗操作時應(yīng)先接通光電門后釋放滑塊,小車加速運動的合外力為F=mg,傾斜木板的目的是平衡摩擦力,不需要測出斜面的傾角,根據(jù)實驗原理可知無需考慮砂和砂桶的總質(zhì)量m遠是否小于小車質(zhì)量M。本實驗中由于遮光條通過光電門的時間極短,因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度大;小車從A到B的過程中,其合力做功mgL,系統(tǒng)動能的增加,增量為:,因此只要比較二者是否相等,即可探究合外力做功與動能改變量之間關(guān)系是否相等。

(1)按照操作規(guī)程,應(yīng)先接通光電門后釋放滑塊,否則可能滑塊已經(jīng)通過光電門,光電門還沒有工作,測不出滑塊通過光電門A的時間,故A錯誤。平衡時,除了繩子拉力以外的力的合力與繩子的拉力等值反向,實驗時,剪短細繩,則小車加速運動的合外力為F=mg,故B錯誤。實驗過程中,傾斜木板的目的是平衡摩擦力,不需要測出斜面的傾角,故C正確。實驗時,剪短細線,砂和砂桶不隨小車運動,無需考慮砂和砂桶的總質(zhì)量m遠是否小于小車質(zhì)量M,故D錯誤。

(2)由于遮光條比較小,通過光電門的時間極短,因此可以利用平均速度來代替其瞬時速度,因此滑塊經(jīng)過光電門時的瞬時速度分別為:、。小車從A到B的過程中,其合力做功mgL,系統(tǒng)動能的增加,增量為:,因此只要比較二者是否相等,即可探究合外力做功與動能改變量之間關(guān)系是否相等。即如果關(guān)系式在誤差允許范圍內(nèi)成立,就驗證了動能定理。

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(1)可控區(qū)域的長度L

(2)滑塊從A到洞D所經(jīng)歷的時間t。

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(1)球?qū)醢宓膲毫1;
(2)撤去擋板后,斜面對小球的支持力N2的大;
(3)撤去擋板起2s末小球的速度v的大。

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