在“探究动能定理”实验中,某实验小组采用如图甲所示的装置,在水平气垫导轨上安装了两个光电门M、N,滑块上固定一遮光条,细线绕过定滑轮将滑块与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码.已知遮光条的宽度为d,滑块与遮光条的总质量为m.
(1)接通气源,滑块从A位置由静止释放,读出遮光条通过光电门M、N的时间分别为t1、t2,力传感器的示数F,改变钩码质量,重复上述实验.
①为探究在M、N间运动过程中细线拉力对滑块做的功W和滑块动能增量ΔEk的关系,还需要测量的物理量是______(写出名称及符号).
②利用上述实验中直接测量的物理量表示需探究的关系式为______.
(2)保持钩码质量不变,改变光电门N的位置,重复实验,根据实验数据作 出从M到N过程中细线拉力对滑块做的功W与滑块到达N点时动能Ek的关系图象,如图乙所示,由图象能探究动能定理,则图线斜率约等于____,图线在横轴上的截距表示______.
(3)下列不必要的实验操作和要求有______(请填写选项前对应的字母).
A.调节气垫导轨水平
B.测量钩码和力传感器的总质量
C.调节滑轮使细线与气垫导轨平行
D.保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量
光电门M、N间的距离L 1 滑块经过光电门M时的动能 BD
【解析】
(1)①实验要求解拉力功,根据W=FL,需要测量两个光电门的间距L;
②功:W=FL,通过两个光电门的速度分别为:vM=、vN=;故动能增加量为:△Ek=;故需要验证的表达式为:FL=;
(2)根据动能定理,有:W=,故W-EKN图象的斜率为1,图线在横轴上的截距表示滑块经过光电门M时的动能;
(3)调节气垫导轨水平,可以保证合力等于拉力,故A步骤是必须的;由于有力传感器直接测量力的大小,故不需要测量钩码质量,故B步骤不是必须的;调节滑轮细线与气垫导轨平行,保证拉力水平,故C步骤是必须的;由于已经有力传感器来测量力的大小,故不需要保证滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量,即D步骤不是必须的;故选BD.
【点睛】
本题考查探究功和速度变化关系的实验,关键是明确实验原理,根据动能定理列式分析W-EK图象的斜率和截距的含义,同时要知道有力传感器就不需要保证滑块质量远大于钩码的总质量.
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