20.如圖所示是某同學(xué)探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)裝置.已知重力加速度為g,不計(jì)滑輪摩擦阻力,該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下:
a.將長(zhǎng)木板傾斜放置,小車放在長(zhǎng)木板上,長(zhǎng)木板旁放置兩個(gè)光電門(mén)A和B,砂桶通過(guò)滑輪與小車相連.
b.調(diào)整長(zhǎng)木板傾角,使得小車恰好能在細(xì)繩的拉力作用下勻速下滑,測(cè)得砂和砂桶的總質(zhì)量為m.
c.某時(shí)刻剪斷細(xì)繩,小車由靜止開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng).
d.測(cè)得擋光片通過(guò)光電門(mén)A的時(shí)間為△t1,通過(guò)光電門(mén)B的時(shí)間為△t2,擋光片寬度為d,小車質(zhì)量為M,兩個(gè)光電門(mén)A和B之間的距離為L(zhǎng).
e.依據(jù)以上數(shù)據(jù)探究動(dòng)能定理.
(1)根據(jù)以上步驟,你認(rèn)為以下關(guān)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的表述正確的是AC.
A.實(shí)驗(yàn)時(shí),先接通光電門(mén),后剪斷細(xì)繩  
B.實(shí)驗(yàn)時(shí),小車加速運(yùn)動(dòng)的合外力為F=Mg
C.實(shí)驗(yàn)過(guò)程不需要測(cè)出斜面的傾角      
D.實(shí)驗(yàn)時(shí),應(yīng)滿足砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M
(2)小車經(jīng)過(guò)光電門(mén)A、B的瞬時(shí)速度為vA=$\fraceeowg6q{{△{t_1}}}$、vB=$\fracsqmus0y{{△{t_2}}}$.如果關(guān)系式$mgL=\frac{1}{2}M{(\fracc4ky4wc{{△{t_2}}})^2}-\frac{1}{2}M{(\frac0o0ecsw{{△{t_1}}})^2}$在誤差允許范圍內(nèi)成立,就驗(yàn)證了動(dòng)能定理.

分析 實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)先接通光電門(mén)后釋放滑塊,小車加速運(yùn)動(dòng)的合外力為F=mg,傾斜木板的目的是平衡摩擦力,不需要測(cè)出斜面的傾角,根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知無(wú)需考慮砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)是否小于小車質(zhì)量M.
本實(shí)驗(yàn)中由于遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短,因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度大小;小車從A到B的過(guò)程中,其合力做功mgL,系統(tǒng)動(dòng)能的增加,增量為:$△{E}_{k}=\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}$,因此只要比較二者是否相等,即可探究合外力做功與動(dòng)能改變量之間關(guān)系是否相等.

解答 解:(1)A、按照操作規(guī)程,應(yīng)先接通光電門(mén)后釋放滑塊,否則可能滑塊已經(jīng)通過(guò)光電門(mén),光電門(mén)還沒(méi)有工作,測(cè)不出滑塊通過(guò)光電門(mén)A的時(shí)間,故A正確.
B、平衡時(shí),除了繩子拉力以外的力的合力與繩子的拉力等值反向,實(shí)驗(yàn)時(shí),剪短細(xì)繩,則小車加速運(yùn)動(dòng)的合外力為F=mg,故B錯(cuò)誤.
C、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,傾斜木板的目的是平衡摩擦力,不需要測(cè)出斜面的傾角,故C正確.
D、實(shí)驗(yàn)時(shí),剪短細(xì)線,砂和砂桶不隨小車運(yùn)動(dòng),無(wú)需考慮砂和砂桶的總質(zhì)量m遠(yuǎn)是否小于小車質(zhì)量M,故D錯(cuò)誤.
故選:AC.
(2)由于遮光條比較小,通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間極短,因此可以利用平均速度來(lái)代替其瞬時(shí)速度,因此滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度分別為:vA=$\fracoc4qawu{{△{t_1}}}$、vB=$\fracyaymwgq{{△{t_2}}}$.
小車從A到B的過(guò)程中,其合力做功mgL,系統(tǒng)動(dòng)能的增加,增量為:$△{E}_{k}=\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}$=$\frac{1}{2}M{(\frac2ocaowu{△{t}_{2}})}^{2}-\frac{1}{2}M{(\frac2ku2cou{△{t}_{1}})}^{2}$,因此只要比較二者是否相等,即可探究合外力做功與動(dòng)能改變量之間關(guān)系是否相等.即如果關(guān)系式 $mgL=\frac{1}{2}M{(\fracgseogwa{{△{t_2}}})^2}-\frac{1}{2}M{(\frac2wcaywi{{△{t_1}}})^2}$在誤差允許范圍內(nèi)成立,就驗(yàn)證了動(dòng)能定理.
故答案為:(1)AC;(2)$\fracw0wmamq{{△{t_1}}}$,$\fracykkoi4c{{△{t_2}}}$,$mgL=\frac{1}{2}M{(\fracs2qamie{{△{t_2}}})^2}-\frac{1}{2}M{(\fracegcyy26{{△{t_1}}})^2}$.

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵掌握實(shí)驗(yàn)的原理和操作方法,知道光電門(mén)測(cè)速的方法:在很短位移內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度.

練習(xí)冊(cè)系列答案
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