某同学用如图所示的气垫导轨和光电门装置来做“验证动能定理”的实验,他的操作步骤如下∶
①将一端带有定滑轮的气垫导轨放置在实验台上,②将光电门固定在气垫轨道上离定滑轮较近一端的某点B处,③将带有遮光条的质量为M的滑块放置在气垫导轨上的A处,④用n个质量为m的钩码连接成串,经绕过滑轮的细线拉滑块,使滑块从A点由静止释放,在光电计时器上读出遮光条通过光电门的时间t ,⑤改变钩码个数,使滑块每次从同一位置A由静止释放,重复上述实验过程。实验中释放点A到光电门的距离为s ,遮光条的宽度为d:
(1)该同学操作中疏漏的重要实验步骤是___________;
(2)数据处理时,该同学认为钩码的总重力等于滑块所受的外力,得出滑块动能的表达式为______,滑块所受外力做功的表达式为______;
(3)根据你掌握的物理知识判断,该同学认为“钩码的总重力等于滑块所受的外力”,是否合理,并说明理由______;
(4)该同学正确操作后,用图像法处理数据,若以钩码个数为横轴,以时间t的____次方为纵轴,画出的图像是直线,直线斜率的表达式是____。
第①步中,气垫导轨应调水平 nmgs 不合理,因钩码处于失重状态,因而钩码的总重力大于滑块所受的外力 -2
【解析】
(1)为了保证细绳的拉力为滑块的合外力,需要细绳与导轨平行,则第①步中,气垫导轨应调水平;
(2)对滑块进行分析,合外力做功等于动能的变化,若钩码的总重力等于滑块所受的外力,则滑块动能的表达式为
滑块所受外力做功的表达式为
(3)若同学认为“钩码的总重力等于滑块所受的外力”是不合理的,对钩码由牛顿第二定律
对滑块
联立可得
故当时,,则理由是因钩码处于失重状态,因而钩码的总重力大于滑块所受的外力。
(4)若,对滑块由动能定理
可得
故以时间t的负二次方为纵轴,以钩码个数n为横轴,画出的图像是直线,直线斜率的表达式是。
动能:
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质点所受的力F随时间变化的规律如图所示,力的方向始终在一直线上。已知t=0时质点的速度为零。在图示t1、t2、t3和t4各时刻中,哪一时刻质点的动能最大?
A.t1 B.t2 C.t3 D.t4