如图所示装置,可以进行以下实验:
A.“研究匀变速直线运动”
B.“验证牛顿第二定律”
C.“研究合外力做功和物体动能变化关系
(1)在 A、B、C 这三个实验中,_____需要平衡摩擦阻 力.
(2)已知小车的质量为 M,盘和砝码的总质量为m,且将 mg 视为细绳对小车的拉力;为此需要满足 mM. 前述 A、B、C 三个实验中,_____不需要满足此要求.
(3)接通打点计时器电源,由静止释放小车,打出若干条纸带,从中挑选一条点迹清晰的纸带,如图所 示.纸带上打出相邻两个点之间的时间间隔为T,O 点是打点计时器打出的第一个点,从 O 点到 A、B、C、D、E、F 点的距离依次为 s1、s2、s3、s4、s5、s6.但 OA 之间可能还有一些点没打上,打 F 点时小车已经 撞上木板末端的挡板,A 到 E 各点正常.由纸带可以求得小车加速度的表达式为_____.
(4)如果用此装置做“研究合外力做功和物体动能变化关系这个实验,由此可求得纸带上由 O 点到 D 点所对 应的运动过程中,盘和砝码受到的重力所做功的表达式 W=_____,该小车动能改变量的表达式△Ek=_____.由于实验中存在系统误差,所以W_____△Ek.(选填“小于”、“等于”或“大于”).
(5)如果前述纸带为如图所示“用打点计时器验证机械能守恒”实验中打出的纸带, 且 OA 之间可能还有没打出的点,但 A 到 F 各点都正常,有两位同学提出了处理数据的办法,其中合理的是:_____
甲:如果 BC-AB=CD-BC=DE-CD=EF-DE,则重锤机械能守恒;乙:以各点对应的x为横坐标,以各点速度平方 v2 为纵坐标,描点作图线,若图线为直线,且斜率为 2g,则重锤机械能守恒.
(1)BC (2)A (3) (4)mgs4; ; 大于; (5)乙
【详解】
(1)在 A、B、C 这三个实验中,“验证牛顿第二定律”、“研究合外力做功和物体动能变化关系,都需要平衡摩擦阻力;故选BC.
(2)已知小车的质量为 M,盘和砝码的总质量为 m,且将 mg 视为细绳对小车的拉力.为此需要满足 mM. 前述 A、B、C 三个实验中,实验A只需要小车做匀加速运动即可,不需要满足此要求.
(3)由题意可知,求解小车的加速度可用从A到E之间的纸带来求解,则根据∆x=aT2可得
(4)纸带上由O点到D点所对应的运动过程中,盘和砝码受到的重力所做功的表达式:W=mgs4;打D点时的速度:,
则小车动能的改变量:;
由于实验中存在系统误差,所以盘和砝码受到的重力所做功W大于小车动能的增量△Ek.
(5)如果 BC-AB=CD-BC=DE-CD=EF-DE,则重物做匀加速下落,但是不能说明加速度就等于g,则不能说明重锤机械能守恒,故甲错误;以各点对应的x为横坐标,以各点速度平方v2为纵坐标,描点作图线,若图线为直线,且斜率为 2g,则满足v2=2gx,重物下落的加速度为g,则重锤只有重力做功,机械能守恒,则乙做法正确;故选乙;
【点睛】
此题涉及到三个高中物理的重要实验,基本装置都相同,只是实验的原理及目的不同;关键是弄清每个实验的原理及操作的方法、注意事项等问题,做到融会贯通不混淆.
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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