Question

某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置驗證變力做功情況下的動能定理：在氣墊導(dǎo)軌上相隔一定距離的兩處安裝兩個光電門Ⅰ、Ⅱ，將一力傳感器一端連在細線M上，另一端接在水平豎直擋光條，氣墊導(dǎo)軌左端固定位移傳感器（接收器）．用變力轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪使滑塊沿軌道運動，當(dāng)滑塊上擋光片經(jīng)過光電門Ⅰ時，光線被遮擋，光電門Ⅰ會輸出高電壓給相連的計算機，在計算機上就顯示如圖乙中△t₁段所示圖象，同時指令力傳感器以及位移傳感器工作，當(dāng)擋光片講過光電門Ⅱ時，計算機顯示圖象如圖乙中△t₂段圖象所示，同時計算機指令力傳感器和位移傳感器停止工作，這樣計算機就得到這一過程滑塊的F-S圖象，如圖炳所示．
（1）實驗前，將滑塊置于氣墊導(dǎo)軌上，滑塊、N不相連接，接通氣源，輕推滑塊，當(dāng)圖乙中的△t₁

=

△t₂（選填“＞”、“＜”或“=”）時，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)水平．
（2）若測得豎直擋光條寬度為d，滑塊的質(zhì)量為m，通過計算機又讀出實驗中圖乙中的△t₁、△t₂，請寫出實驗中計算滑塊動能的增量△E_k的表達式

1

2

m[(

d

△t2

)2-(

d

△t1

)2]

．（用已知量和測量量表示）
（3）通過計算機所繪F-s圖線可以算出滑塊所受力在s=0.8m內(nèi)這一過程中所做的功W，W=

56

J．

Answer 1

分析：（1）滑塊勻速直線運動時說明氣墊導(dǎo)軌水平，此時滑塊通過兩光電門的時間相等
（2）由滑塊的寬度和光電門計時算出通過兩光電門的速度，有動能的表達式計算動能的增量
（3）F-s圖象中，圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示功

解答：解：（1）滑塊勻速直線運動時說明氣墊導(dǎo)軌水平，此時滑塊通過兩光電門的時間相等，即△t₁=△t₂
（2）由v1=

d

△t1

，v₂=

d

△t2

，并且EK=

1

2

 mv²得，滑塊動能的增量△E_k的表達式為△E_k=

1

2

m[(

d

△t2

)2-(

d

△t1

)2]
（3）F-s圖象中，圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示功，W≈50×0.8+

1

2

×0.8×（90-50）J=56J
故答案為：=；

1

2

m[(

d

△t2

)2-(

d

△t1

)2]；56

點評：了解光電門測量瞬時速度的原理，實驗中我們要清楚研究對象和研究過程，對于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時明確實驗原理是解答實驗問題的前提；注意圖象面積的意義