某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系,所用器材有:一端带滑轮的长木板、轻细绳、的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块(质量为,其上可放钩码)、刻度尺,当地重力加速度为,实验操作步骤如下:①安装器材,调整两个光电门距离为,轻细绳下端悬挂4个钩码,如图1所示;
②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;
③保持最下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;
④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量及系统总机械能的减少量,结果如下表所示:
回答下列问题:
(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为______ J(保留三位有效数字);
(2)步骤④中的数据所缺数据为______ ;
(3)若M为横轴,为纵轴,选择合适的标度,在图2中绘出图像______ ;若系统总机械能的减少量等于克服摩擦力做功,则物块与木板之间的摩擦因数为______ (保留两位有效数字)
②接通电源,释放滑块,分别记录遮光条通过两个光电门的时间,并计算出滑块通过两个光电门的速度;
③保持最下端悬挂4个钩码不变,在滑块上依次增加一个钩码,记录滑块上所载钩码的质量,重复上述步骤;
④完成5次测量后,计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统(包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码)总动能的增加量及系统总机械能的减少量,结果如下表所示:
0.200 | 0.250 | 0.300 | 0.350 | 0.400 | |
0.582 | 0.490 | 0.392 | 0.294 | 0.195 | |
0.393 | 0.490 | 0.686 | 0.785 |
(1)实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为
(2)步骤④中的数据所缺数据为
(3)若M为横轴,为纵轴,选择合适的标度,在图2中绘出图像
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更新时间:2021-06-08 14:35:19
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【知识点】 探究动能定理的实验步骤和数据处理
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【推荐1】某同学验证动能定理的实验装置如图1,水平桌面上固定一气垫导轨,在气垫导轨上的A、B处固定两个光电门,一质量为M的滑块通过细绳跨过光滑的定滑轮与一个小桶相连,桶中装有细沙,桶和里面细沙的总质量为m,用d表示遮光条的宽度,通过光电计时器可以测量出遮光条通过A、B两个光电门的时间分别为tA、tB,A、B两个光电门的距离为x。忽略导轨与滑块之间的摩擦力,用g表示重力加速度。
(1)滑块从A运动到B的过程中,动能的增量ΔEk=______ (用题中的字母表示),在m与M满足______ 的条件下,可以近似认为细绳对滑块做的总功为mgx。只需验证总功与动能的增量是否相等即可;
(2)关于此实验,下列说法正确的是______ (填序号);
A.两光电门之间的距离对实验误差没有影响
B.适当增大两光电门之间的距离可以减小实验误差
C.此装置也可以拿来验证系统机械能守恒
D.遮光条的宽度大一些有利于减小实验误差
(3)实验过程中,无论怎样改变参数,经过测量和计算后发现,由于细绳对滑块的拉力实际上并不等于mg,所以总功mgx始终要______ (填“略大于”“略小于”或“等于”)动能的增加量,这种误差属于______ (填“系统误差”或“偶然误差”);
(4)鉴于以上第(3)问中的误差对本实验的影响,有同学提出了另外的建议,将实验装置改成如图2所示,首先调整气垫导轨的倾角,往小桶中加入适量的细沙,让滑块恰好能够静止在导轨上,然后剪断细绳,滑块开始加速下滑。该同学提出的这种操作方式合理吗?______ (填“合理”或“不合理”)此时M受到的合力为______ 。
(1)滑块从A运动到B的过程中,动能的增量ΔEk=
(2)关于此实验,下列说法正确的是
A.两光电门之间的距离对实验误差没有影响
B.适当增大两光电门之间的距离可以减小实验误差
C.此装置也可以拿来验证系统机械能守恒
D.遮光条的宽度大一些有利于减小实验误差
(3)实验过程中,无论怎样改变参数,经过测量和计算后发现,由于细绳对滑块的拉力实际上并不等于mg,所以总功mgx始终要
(4)鉴于以上第(3)问中的误差对本实验的影响,有同学提出了另外的建议,将实验装置改成如图2所示,首先调整气垫导轨的倾角,往小桶中加入适量的细沙,让滑块恰好能够静止在导轨上,然后剪断细绳,滑块开始加速下滑。该同学提出的这种操作方式合理吗?
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【推荐2】某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”,图中小车中可放置砝码,实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点针时器工作频率为50 Hz.
(1)实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线跨过定滑轮连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,先________________ ,再________________ ,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一列点,________________ ;
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.
(2)如图是钩码质量为0.03 kg,砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到0的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置_______ _______ .
(3)在上述的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,_____________ 做正功,____________ 做负功.
(4)实验小组根据实验数据绘出了图中的图线(其中),根据图线可获得的结论是______________ .要验证“动能定理”,还需要测量的物理量是摩擦力和___ .
(1)实验的部分步骤如下:
①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线跨过定滑轮连接小车和钩码;
②将小车停在打点计时器附近,先
③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.
(2)如图是钩码质量为0.03 kg,砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到0的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置
(3)在上述的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,
(4)实验小组根据实验数据绘出了图中的图线(其中),根据图线可获得的结论是
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【推荐3】用如图甲所示的实验装置验证动能定理,所用器材包括:气垫导轨、滑块(上方装有宽度为d的遮光片)、两个与计算机相连接的光电门、槽码等。
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度,如图乙所示,则游标卡尺的读数为________ mm。
(2)下列调整气垫导轨水平操作正确的是________
A.挂上槽码,不开动气泵,调节导轨使滑块匀速滑动
B.挂上槽码,开动气泵,调节导轨使滑块能够长时间静止
C.不挂槽码,开动气泵,调节导轨使滑块能够短暂静止
D.不挂槽码,不开动气泵,调节导轨使滑块匀速滑动
(3)滑块在细线拉动下从左边开始运动,光电门测量出遮光片经过A、B两处光电门的遮光时间分别为、。两个光电门中心的距离为L,槽码的总质量、滑块(含遮光片)的质量。将槽码所受重力视为滑块所受的拉力,要验证动能定理,即需要验证________ 等式成立。(用题中给出的物理量及重力加速度g表示)
(4)保持、L不变,改变,测得滑块经过A、B两光电门的动能改变量为,作图像如图丙实线所示,图像a为实验的理论值,请简要说明图像偏离理论值的原因。_______
(5)图丙中,渐近线b对应的值为________ 。
(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度,如图乙所示,则游标卡尺的读数为
(2)下列调整气垫导轨水平操作正确的是
A.挂上槽码,不开动气泵,调节导轨使滑块匀速滑动
B.挂上槽码,开动气泵,调节导轨使滑块能够长时间静止
C.不挂槽码,开动气泵,调节导轨使滑块能够短暂静止
D.不挂槽码,不开动气泵,调节导轨使滑块匀速滑动
(3)滑块在细线拉动下从左边开始运动,光电门测量出遮光片经过A、B两处光电门的遮光时间分别为、。两个光电门中心的距离为L,槽码的总质量、滑块(含遮光片)的质量。将槽码所受重力视为滑块所受的拉力,要验证动能定理,即需要验证
(4)保持、L不变,改变,测得滑块经过A、B两光电门的动能改变量为,作图像如图丙实线所示,图像a为实验的理论值,请简要说明图像偏离理论值的原因。
(5)图丙中,渐近线b对应的值为
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