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为了“探究动能改变与合外力做功”的关系,某同学设计了如下实验方案: A.第一步他...

为了探究动能改变与合外力做功的关系,某同学设计了如下实验方案:

A.第一步他把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起,把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤相连,然后跨过定滑轮,重锤夹后连一纸带,穿过打点计时器,调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板匀速运动,如图甲所示.

B.第二步保持木板的倾角不变,将打点计时器安装在木板靠近滑轮处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使其穿过打点计时器,然后接通电源释放滑块,使之从静止开始加速运动,打出纸带,如图乙所示.打出的纸带如图丙所示:

试回答下列问题:

1)已知OABCDEF相邻计数点的时间间隔为Δt,根据纸带求滑块速度,当打点计时器打A点时滑块速度=_______,打点计时器打B点时滑块速度=____________

2)已知重锤质量m,当地的重力加速度g,要测出某一过程合外力对滑块做的功,还必须测出这一过程滑块________________(写出物理量名称及符号),合外力对滑块做功的表达式=____________

3)测出滑块运动OA段、OB段、OC段、OD段、OE段合外力对滑块所做的功以及.以v2为纵轴,以W为横轴建立坐标系,描点作出v2W图象,可知它是一条过坐标原点的倾斜直线,若直线斜率为k,则滑块质量M=____________

 

(1), (2)下滑的位移, (3) 【解析】 (1) 根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度求出B点的速度; (2) 根据平衡列出第一步实验中平衡的表达式,从而得出在第二步中滑块的合力,结合功的公式求出合力功,从而确定需要测量的物理量; (3) 根据动能定理得出v2-W的表达式,结合图线的斜率求出滑块的质量. (1)点的瞬时速度等于OB段的平均速度,则 B点的瞬时速度等于AC段的平均速度,则 ; (2) 在第一步实验中,有:Mgsinθ=f+mg,在第二步实验中,滑块的合力为F合=Mgsinθ-f=mg,则合力做功W合=F合x=mgx,由此可知,要测滑块的位移x; (3) 根据动能定理有:,则,可知图线的斜率,则滑块质量.
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考点分析:
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用如图甲所示的实验装置完成探究动能定理实验.请补充完整下列实验步骤的相关内容:

 1)用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0;用游标卡尺测量遮光片的宽度d,游标卡尺的示数如图乙所示,其读数为______ cm;按图甲所示安装好实验装置,用米尺测量两光电门之间的距离s

2)在砝码盘中放入适量砝码;适当调节长木板的倾角,直到轻推小车,遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等;

3)取下细绳和砝码盘,记下砝码盘中砝码的质量m

4)让小车从靠近滑轮处由静止释放,用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△tA和△tB

5)步骤(4)中,小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W=______,小车动能变化量△Ek=______(用上述步骤中的物理量表示,重力加速度为g),比较W和△Ek的值,找出两者之间的关系;

6)重新挂上细线和砝码盘,改变砝码盘中砝码质量,重复(2)~(5)步骤.

7)本实验中,以下操作或要求是为了减小实验误差的是______

A.尽量减小两光电门间的距离s

B.调整滑轮,使细线与长木板平行

C.砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量

 

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用如图1所示装置探究钩码和小车(含砝码)组成的系统的“功能关系”实验中,小车碰到制动挡板时,钩码尚未到达地面。

1)平衡摩擦力时,______(填“要”或“不要”)挂上钩码。

2)如图2是某次实验中打出纸带的一部分。OABC4个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出,所用交流电源的频率为50Hz.通过测量,可知打点计时器打B点时小车的速度大小为______m/s

3)某同学经过认真、规范的操作,得到一条点迹淸晰的纸带。他把小车开始运动时打下的点记为O,再依次在纸带上取等时间间隔的123456等多个计数点,可获得各计数点到O的距离s及打下各计数点时小车的瞬时速度v。如图3是根据这些实验数据绘出的v2-s图象。已知此次实验中钩码的总质量为0.015kg,小车中砝码的总质量为0.100kg,取重力加速度g=9.8m/s2,根据功能关系由图象可知小车的质量为______kg.(结果保留两位有效数字)

4)研究实验数据发现,钩码重力做的功总略大于系统总动能的增量,其原因可能是______

A.钩码的重力大于细线的拉力

B.在接通电源的同时释放了小车

C.未完全平衡摩擦力

D.交流电源的实际频率大于50Hz

 

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某同学在做探究动能定理实验时,其主要操作步骤是:

a.按图甲安装好实验装置,其中小车的质量M=0.50kg,钩码的总质量m=0.10kg.

b.接通打点计时器的电源(电源的频率f=50Hz),然后释放小车,打出一条纸带.

(1)他在多次重复实验得到的纸带中取出最满意的一条,如图乙所示,把打下的第一点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测得各相邻计数点间的距离分别为d1=0.8cm,d2=2.4cm,d3=4.1cm,d4=5.6cm,d5=7.2cm,d6=8.8cm,他把钩码的重力作为小车所受的合力,计算出从打下计数点0到打下计数点5过程中合力所做的功W________J,把打下计数点5时小车的动能作为小车动能的改变量,计算出ΔEk________J.(当地重力加速度g9.80m/s2,结果均保留三位有效数字)

(2)根据以上计算可见,合力对小车做的功与小车动能的变化量相差比较大.通过反思,该同学认为产生误差的主要原因如下,其中正确的是________.(填选项前的字母)

A.钩码质量没有远小于小车质量,产生系统误差

B.钩码质量小了,应该大于小车质量

C.没有平衡摩擦力

D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺进行测量

 

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如图所示,直线y轴之间有垂直于xOy平面向外的匀强磁场B2,直线xd间有沿y轴负方向的匀强电场,电场强度,另有一半径R=m的圆形匀强磁场区域,磁感应强度B1=,方向垂直坐标平面向外,该圆与直线xdx轴均相切,且与x轴相切于S点.一带负电的粒子从S点沿y轴的正方向以速度v0进入圆形磁场区域,经过一段时间进入磁场区域B2,且第一次进入磁场B2时的速度方向与直线垂直.粒子速度大小v01.0×105m/s,粒子的比荷为=5.0×105C/kg,粒子重力不计.求:

(1)粒子在圆形匀强磁场中运动的时间t1

(2)坐标d的值;

(3)要使粒子无法运动到x轴的负半轴,则磁感应强度B2应满足的条件

 

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如图所示,不带电且绝缘长木板C质量M=3kg,放置于光滑的水平面上,其左端有一大小可忽略质量为m=1kg、且带正电荷量q=2C物块A;正中间放着一个质量也为m=1kg的不带电的绝缘物块B,两物块与木板间的动摩擦因数均为μ=0.4AB之间的距离L=6m,开始时物块与木板都处于静止状态,现突然在空间中加一向右的E=4V/m的匀强电场,假设AB之间为弹性碰撞,AB碰撞电荷不发生转移且A与木板之间电荷也不发生转移,取g=10m/s2.求:

(1)加上电场瞬间,AB的加速度大小;

(2)AB第一次碰后瞬间AB的速度大小;

(3)AB第一次碰后到BC恰相对静止时系统电势能变化量及系统产生的热量?

 

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