有位同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn),用來(lái)驗(yàn)證在外力作用下物體做加速運(yùn)動(dòng)時(shí),動(dòng)能的改變量等于合外力所做的功.如圖,他使用的實(shí)驗(yàn)儀器有.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、長(zhǎng)方形木塊、紙帶、天平(圖中未畫(huà)出)、帶定滑輪的木板(長(zhǎng)約1米)、細(xì)線、砝碼盤(pán)、砝碼等.
該同學(xué)操作如下.
(1)用天平測(cè)出木塊的質(zhì)量m.把器材按圖安裝好.紙帶固定在木塊中間的方孔內(nèi).
(2)把木塊放在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近,用手按住,往砝碼盤(pán)中加砝碼,再放開(kāi)木塊,讓它做加速運(yùn)動(dòng).然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,讓它工作.當(dāng)木塊到達(dá)定滑輪處時(shí),斷開(kāi)電源.
(3)取下紙帶,并在紙帶上做了如下圖的標(biāo)記,然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.
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請(qǐng)回答下列問(wèn)題.
(1)該同學(xué)操作過(guò)程中有一處明顯的不當(dāng)之處,請(qǐng)更正:
 

(2)利用測(cè)得的木塊質(zhì)量m、交流電源的周期T、紙帶上標(biāo)示的位移SA,SB,SC
①請(qǐng)你寫(xiě)出木塊在加速階段所受合外力的表達(dá)式:
 

②請(qǐng)寫(xiě)出驗(yàn)證動(dòng)能定理的方法:
 

(3)在上述試驗(yàn)中,如果對(duì)該同學(xué)選擇的儀器和做法做一些更改,則可以直接將砝碼及砝碼盤(pán)的重力,作為研究對(duì)象所受到的 合外力.為達(dá)到這個(gè)目的,你認(rèn)為應(yīng)該怎樣做
 
分析:(1)從紙帶的有效利用和操作方便角度考慮應(yīng)該先接通電源,再釋放紙帶;
(2)①根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特征公式△S=aT2得到加速度,再結(jié)合牛頓第二定律求解合外力;
②求出總功和動(dòng)能增加量的表達(dá)式,將能夠約去的約去,得到要驗(yàn)證的表達(dá)式即可;
(3)木塊受到的摩擦力較大,可以換成小車(chē),小車(chē)受到重力、支持力、拉力和摩擦力,要使拉力等于合力,需要用重力的下滑分量平衡摩擦力;要使拉力等于砝碼及砝碼盤(pán)的總重力,應(yīng)該使砝碼及砝碼盤(pán)的總重力遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量.
解答:解:(1)從紙帶的有效利用和操作方便角度考慮應(yīng)該先接通電源,再釋放紙帶;
故答案為:應(yīng)先接通電源,待打點(diǎn)計(jì)時(shí)器穩(wěn)定工作后,再放開(kāi)木塊.
(2)小車(chē)做勻變速直線運(yùn)動(dòng),紙帶上任意一點(diǎn)的速度等于該點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度,故A的速度為
SA
4T
,B點(diǎn)速度為
SB
4T
;
故加速度為a=
vB-vA
8T
=
SB-SA
32T2

根據(jù)牛頓第二定律,有
F=ma=m
SB-SA
32T2

由 F×SAB=
1
2
m
v
2
B
-
1
2
m
v
2
A
,可知:
在誤差允許范圍內(nèi),只要驗(yàn)證SAB=SA+SB是否成立即可.
(3)木塊受到的摩擦力較大,可以換成小車(chē),小車(chē)受到重力、支持力、拉力和摩擦力,要使拉力等于合力,需要用重力的下滑分量平衡摩擦力;要使拉力近似等于砝碼及砝碼盤(pán)的總重力,應(yīng)該使砝碼及砝碼盤(pán)的總重力遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量;
故答案為:將木塊換成帶輪小車(chē)以減少摩擦;墊起木板一端利用小車(chē)的下滑力平衡摩擦力;保證砝碼及砝碼盤(pán)的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量.
點(diǎn)評(píng):本題關(guān)鍵是結(jié)合探究功與速度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析,并考慮實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源,從而得到減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:閱讀理解

(1)像打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣,光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況的常見(jiàn)計(jì)時(shí)儀器,每個(gè)光電門(mén)都是由激光發(fā)射和接收裝置組成.當(dāng)有物體從光電門(mén)通過(guò)時(shí),光電計(jì)時(shí)器就可以顯示物體的擋光時(shí)間.現(xiàn)利用如圖1所示裝置設(shè)計(jì)一個(gè)“探究物體運(yùn)動(dòng)的加速度與合外力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn),圖中NQ是水平桌面、PQ是一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板,1、2是固定在木板上間距為L(zhǎng)的兩個(gè)光電門(mén)(與之連接的兩個(gè)光電計(jì)時(shí)器沒(méi)有畫(huà)出).可以裝載鉤碼的小車(chē)上固定著用于擋光的窄片K,讓小車(chē)從木板的頂端滑下,光電門(mén)各自連接的計(jì)時(shí)器顯示窄片K的擋光時(shí)間分別為t1和t2

①在某次測(cè)量中,用游標(biāo)卡尺測(cè)量窄片K的寬度,游標(biāo)卡尺如圖2所示,則窄片K的寬度d=
8.00×10-3
8.00×10-3
m(已知L>>d),光電門(mén)1、2各自連接的計(jì)時(shí)器顯示的擋光時(shí)間分別為t1=4.0×10-2s,t2=2.0×10-2s;
②用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T(mén)的間距為L(zhǎng)=0.40m,則小車(chē)的加速度大小a=
0.15
0.15
 m/s2
③某位同學(xué)通過(guò)測(cè)量,把砂和砂桶的重量當(dāng)作小車(chē)的合外力F,作出a-F圖線如圖3中的實(shí)線所示.為了既能改變拉力F,又保證a-F圖象是直線,可以進(jìn)行這樣的操做
將車(chē)上鉤碼取下來(lái)掛到小桶上
將車(chē)上鉤碼取下來(lái)掛到小桶上

(2)已知一個(gè)標(biāo)有“2.4V、0.06A”電學(xué)元件的R-U特性如圖4所示.某同學(xué)想利用下列可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)一個(gè)電路驗(yàn)證該元件的電阻R隨電壓U變化的圖象(圖5).

可供選擇的器材有:
電流表A1(量程100mA,內(nèi)阻約2Ω)
電流表A2(量程0.3A,內(nèi)阻約0.3Ω)
電壓表V1(量程1V,內(nèi)阻500Ω)
電壓表V2(量程15V,內(nèi)阻1kΩ)
定值電阻R1(電阻為1kΩ)
定值電阻R2(電阻為10kΩ)
滑動(dòng)變阻器R0(0-10Ω,2A)
電池(電動(dòng)勢(shì)為3V,內(nèi)阻很小)
導(dǎo)線若干和開(kāi)關(guān)S一個(gè)
①利用實(shí)驗(yàn)電路測(cè)量時(shí),該同學(xué)為了提高準(zhǔn)確度,測(cè)量了多組數(shù)據(jù).他在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用電流表
A1
A1
,電壓表
V1
V1
,定值電阻
R1
R1
(填所選器材的符號(hào)).
②在圖5方框內(nèi)畫(huà)出該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)電路圖.
③在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,元件正常工作時(shí)電壓表的示數(shù)應(yīng)為
1.08
1.08
V.

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