如图所示,用质量为m的重物通过滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况.利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验.
(1)打点计时器使用的电源是_________(选填选项前的字母).
A.直流电源 B.交流电源
(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力.正确操作方法是_______(选填选项前的字母).
A.把长木板右端垫高 B.改变小车的质量
(3)在不挂重物且______(选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.
A.计时器不打点 B.计时器打点
(4)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O.在纸带上依次去A、B、C……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……,如图所示.
实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg,从打O点打B点的过程中,拉力对小车做的功W=_______,打B点时小车的速度v=________.
(5)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作如图所示的v2–W图象.由此图象可得v2随W变化的表达式为_________________.根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是_________.
(6)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图中正确反映v2–W关系的是______________.
A. B. C. D.
B A B mgx2 质量 A
【详解】
(1)打点计时器均使用交流电源;
A.直流电源与分析不符,故A错误;
B.交流电源与分析相符,故B正确;
(2)平衡摩擦和其他阻力,是通过垫高木板右端,构成斜面,使重力沿斜面向下的分力跟它们平衡;
A.与分析相符,故A正确;
B.与分析不符,故B错误;
(3)平衡摩擦力时需要让打点计时器工作,纸带跟打点计时器限位孔间会有摩擦力,且可以通过纸带上打出的点迹判断小车的运动是否为匀速直线运动;
A.与分析不符,故A错误;
B.与分析相符,故B正确;
(4)小车拖动纸带移动的距离等于重物下落的距离,又小车所受拉力约等于重物重力,因此拉力对小车做的功:
(5)小车做匀变速直线运动,因此打B点时小车的速度为打AC段的平均速度,则有:
(6)由图示图线可知:
纵截距为:
则随变化的表达式为:
(7)功是能量转化的量度,所以功和能的单位是相同的,斜率设为,则
代入单位后,的单位为,所以与该斜率有关的物理量为质量;
(8) 若重物质量不满足远小于小车质量,则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力,由和可得:
由动能定理得:
而:
则实际图线的斜率:,重物质量与小车质量不变,速度虽然增大,但斜率不变;
A.与分析相符,故A正确;
B.与分析不符,故B错误;
C.与分析不符,故C正确;
B.与分析不符,故D错误.
【名师点睛】
实验总存在一定的误差,数据处理过程中,图象读数一样存在误差,因此所写函数表达式的比例系数在一定范围内即可;第(6)问有一定的迷惑性,应明确写出函数关系,再进行判断.
定义:
在匀变速直线运动中,速度的变化量Δv跟发生这个变化所用时间Δt的比值,叫做匀变速直线运动的加速度,用a表示。加速度即速度的变化率。
物理意义:
加速度是表示速度变化的快慢与改变方向的物理量。
公式:
,加速度的国际制单位是米每二次方秒,符号m/s2。
方向:
与速度变化Δv的方向一致,但不一定与v的方向一致,从加速度的产生上来说,加速度的方向与合外力的方向相同。
方法与知识感悟:
加速度、速度与速度变化率的区别和理解:
①加速度是描述速度变化快慢的物理量,不是描述速度大小的物理量,所以与速度的大小没有必然联系
②加速度实质是由物体的受力和物体的质量决定的.从运动学的角度来看,加速度由速度的变化与变化所用时间的比值来量度,说明加速度不是仅仅由速度的变化决定的;
③加速度的方向与速度的方向没有必然联系,但与速度变化的方向一致,其实质是与物体所受到的合外力方向一致.
④加速度即速度的变化率.速度的变化量大,速度的变化率不一定大,速度达最大时,速度的变化率可为零。
例:
在变速直线运动中,下面关于速度和加速度关系的说法,正确的是( )
A.加速度与速度无必然联系
B.速度减小时,加速度也一定减小
C.速度为零时,加速度也一定为零
D.速度增大时,加速度也一定增大
答案:A
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