15.某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置探究合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系,鐵架臺(tái)豎直固定放置在水平桌面上,長木板一端放置在水平桌面邊緣P處,另一位置放置在鐵架臺(tái)豎直鐵桿上,使長木板傾斜放置.長木板P處放置一光電門,用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過光電門時(shí)擋光時(shí)間,實(shí)驗(yàn)步驟是:
①用游標(biāo)卡尺測出滑塊的擋光寬度L,用天平測量滑塊的質(zhì)量m.
②平衡摩擦力:以木板放置在水平桌面上的P處為軸,調(diào)節(jié)長木板在鐵架臺(tái)上的放置位置,使滑塊恰好沿木板向下做勻速運(yùn)動(dòng).在鐵架臺(tái)豎直桿上記下此位置Q1,用刻度尺測出Q1到水平面的高度H.
③保持P位置不變,長木板一端放置在鐵架臺(tái)豎直桿Q2上.用刻度尺量出Q1Q2的距離h1,將滑塊從Q2位置由靜止釋放,由光電門計(jì)時(shí)器測出滑塊的擋光時(shí)間t1
④保持P位置不變,重新調(diào)節(jié)長木板一端在鐵架臺(tái)上的放置位置,重復(fù)步驟③數(shù)次.
滑塊沿長木板由Q2運(yùn)動(dòng)到P的過程中,用測量的物理量(L1,t1,h,H,m)以及重力加速度g回答下列問題:
(1)滑塊通過光電門的速度v=$\frac{L}{{t}_{1}^{\;}}$
(2)滑塊動(dòng)能的變化量△Ek=$\frac{1}{2}m\frac{{L}_{\;}^{2}}{{t}_{1}^{2}}$
(3)滑塊克服摩擦力做的功Wf=mgH
(4)合力對滑塊做的功W=mg${h}_{1}^{\;}$.

分析 (1)光電門測量瞬時(shí)速度是實(shí)驗(yàn)中常用的方法.由于光電門的寬度l很小,所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度;
(2)滑塊動(dòng)能的變化量等于末動(dòng)能減去初動(dòng)能;
(3)從Q1位置釋放時(shí),物體做勻速運(yùn)動(dòng),合外力做功為零,求出摩擦力做的功,從Q2位置釋放時(shí),根據(jù)恒力做功公式求出摩擦力做功,而這兩次摩擦力做功相等;
(4)合力做的功等于重力做的功與摩擦力做功之和;

解答 解:(1)由于擋光條寬度很小,因此將擋光條通過光電門時(shí)的平均速度當(dāng)作瞬時(shí)速度,
則滑塊通過光電門的速度v=$\frac{L}{{t}_{1}^{\;}}$
(2)滑塊動(dòng)能的變化量△Ek=$\frac{1}{2}m{v}_{\;}^{2}-0=\frac{1}{2}m\frac{{L}_{\;}^{2}}{{t}_{1}^{2}}$
(3)從Q1位置釋放時(shí),長木板的傾角為θ,Q1P長度為L,鐵架臺(tái)到P點(diǎn)的水平位移為x,
物體做勻速運(yùn)動(dòng),合外力做功為零,則有:
μmgcosθL=mgH,而cosθL=x
即μmgx=mgH,
從Q2位置釋放時(shí),長木板的傾角為α,Q1P長度為L′,
則克服摩擦力為Wf=μmgcosαL′=μmgx=mgH,
(4)合力做的功W=mg(H+h1)-Wf=mgh1,
故答案為:(1)$\frac{L}{{t}_{1}^{\;}}$        (2)$\frac{1}{2}m\frac{{L}_{\;}^{2}}{{t}_{1}^{2}}$    (3)mgH    (4)$mg{h}_{1}^{\;}$

點(diǎn)評 解決本題的關(guān)鍵知道極短時(shí)間內(nèi)的平均速度可以表示瞬時(shí)速度,求解滑塊克服摩擦力做的功是個(gè)難點(diǎn),要通過恒力做功公式證明每次從長木板上滑到P點(diǎn)的過程中,摩擦力做功相等,難度適中

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:多選題

15.關(guān)于平拋運(yùn)動(dòng),下面說法正確的是( 。
A.由于速度的方向不斷變化,因此平拋運(yùn)動(dòng)不是勻變速運(yùn)動(dòng)
B.由于物體只受重力作用,因此平拋運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)
C.平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移由拋出時(shí)的高度和初速度的大小共同決定
D.平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間由拋出時(shí)的高度和初速度的大小共同決定

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

6.一帶正電的粒子僅在電場力作用下從A點(diǎn)經(jīng)B、C運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn),其“速度-時(shí)間”圖象如圖所示.分析圖象后,下列說法正確的是( 。
A.B點(diǎn)的電勢和電場強(qiáng)度一定都為零
B.A處的電場強(qiáng)度大于C處的電場強(qiáng)度
C.A點(diǎn)的電勢小于B點(diǎn)的電勢
D.粒子在A處的電勢能小于在C處的電勢能

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

3.為了“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”,查資料得知,彈簧的彈性勢能Ep=$\frac{1}{2}$kx2,其中k是彈簧的勁度系數(shù),x是彈簧長度的變化量.某同學(xué)就設(shè)想用壓縮的彈簧推靜止的小球(質(zhì)量為m)運(yùn)動(dòng)來探究這一問題.為了研究方便,把小球放在水平桌面上做實(shí)驗(yàn),讓小球在彈力作用下運(yùn)動(dòng),既只有彈簧彈力做功.該同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下:
首先進(jìn)行如圖甲所示的實(shí)驗(yàn):將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來,在彈簧的另一端掛上小球,靜止時(shí)測得彈簧的伸長量為d.
在此步驟中,目的是要確定物理量彈簧的勁度系數(shù)k,用m、d、g表示為$\frac{mg}ckbpkbm$.
接著進(jìn)行如圖實(shí)56乙所示的實(shí)驗(yàn):將這根彈簧水平放在桌面上,一端固定,另一端被小球壓縮,測得壓縮量為x,釋放彈簧后,小球被推出去,從高為h的水平桌面上拋出,小球在空中運(yùn)動(dòng)的水平距離為L.
小球的初動(dòng)能Ek1=0.
小球離開桌面的動(dòng)能Ek2=$\frac{mg{L}_{\;}^{2}}{4h}$.
彈簧對小球做的功W=$\frac{mg{x}_{\;}^{2}}{2d}$(用m、x、d、g表示).
對比W和Ek2-Ek1就可以得出“外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

10.某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的裝置來探究小車的加速度與所受合力的關(guān)系.將裝有力傳感器的小車放置于水平長木板上,緩慢向小桶中加入細(xì)砂,直到小車剛開始運(yùn)動(dòng)為止,記下傳感器的最大示數(shù)F0,以此表示小車所受摩擦力的大小.再將小車放回原處并按住,繼續(xù)向小桶中加入細(xì)砂,記下傳感器的示數(shù)F1

(1)接通頻率為50Hz的交流電源,釋放小車,打出如圖乙所示的紙帶.從比較清晰的點(diǎn)起,每5個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離,則小車的加速度a=0.16m/s2
(2)改變小桶中砂的重力,多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),獲得多組數(shù)據(jù),描繪小車加速度a與合力F
(F=F1-F0)的關(guān)系圖象.不計(jì)紙帶與計(jì)時(shí)器間的摩擦.如圖丙的圖象中可能正確的是B.
(3)同一次實(shí)驗(yàn)中,小車釋放前傳感器示數(shù)F1與小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)傳感器示數(shù)F2的關(guān)系是F1>F2(選填“<”、“=”或“>”).
(4)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法中正確的是D.
A.小車和傳感器的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于小桶和砂的總質(zhì)量
B.實(shí)驗(yàn)中需要將長木板右端墊高
C.實(shí)驗(yàn)中需要測出小車和傳感器的總質(zhì)量
D.用加砂的方法改變拉力的大小與掛鉤碼的方法相比,可更方便地獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

20.甲、乙、丙、丁四位同學(xué)在做探究加速度與物體質(zhì)量和合外力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)(使用如圖所示的裝置),設(shè)小車質(zhì)量和車上砝碼質(zhì)量之和為 M,砂及砂桶的總質(zhì)量為 m,分別得出如圖甲、乙、丙、丁四條圖線,其中圖甲、乙、丙是 a-F 圖線,圖丁是 a-$\frac{1}{M}$圖線,則下列說法中正確的是(  )
A.甲和乙較好地把握了實(shí)驗(yàn)條件 M 遠(yuǎn)大于 m
B.丙和丁沒有把握好實(shí)驗(yàn)條件 M 遠(yuǎn)大于 m
C.甲同學(xué)長木板的傾角太小,而乙同學(xué)長木板傾角太大
D.甲、乙、丙三同學(xué)中,丙同學(xué)較好地完成了平衡摩擦力的操作

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

7.如圖所示,兩條互相平行且足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌位于水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距l(xiāng)=0.2m,在導(dǎo)軌的一端接有阻值R=3Ω的電阻,在x≥0處有一垂直導(dǎo)軌平面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感強(qiáng)度B=0.5T.一質(zhì)量m=0.1kg,電阻r=2Ω的金屬棒垂直擱在導(dǎo)軌上,并以v0=20m/s的初速度進(jìn)入磁場,在水平拉力F的作用下作持續(xù)的勻變速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小a=2m/s2、方向與初速度方向相反.棒與導(dǎo)軌接觸良好,其余電阻均不計(jì).求:
(1)電流第一次減少為最大值一半時(shí)金屬棒所處的位置;
(2)電流第一次減少為最大值的一半時(shí)拉力F的功率;
(3)已知金屬棒開始進(jìn)入磁場到速度減小為零的過程中,電阻R上產(chǎn)生的熱量Q1=1.6J,求該過程中拉力F所做的功.

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科目:高中物理 來源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

4.在“探究恒力做功與動(dòng)能改變間的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,采用圖1所示裝置的實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)時(shí):

(1)若用砂和小桶的總重力表示小車受到的合力,為了減少這種做法帶來的實(shí)驗(yàn)誤差,必須:①使長木板左端抬起一個(gè)合適的角度,以平衡摩擦力;
②滿足條件,小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于砂和小桶的總質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”、“等于”);
③使拉動(dòng)小車的細(xì)線(小車-滑輪段)與長木板平行.
(2)要驗(yàn)證合外力做功與動(dòng)能變化間的關(guān)系,除了要測量砂和小砂桶的總重力、測量小車的位移、速度外,還要測出的物理量有小車質(zhì)量;如圖2所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,其中A、B、C、D、E、F是計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T,距離如圖2所示,則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度vc表達(dá)式為(用題中所給物理量表示)${v}_{C}^{\;}=\frac{{s}_{2}^{\;}+{s}_{3}^{\;}}{2T}$.
(3)若已知小車質(zhì)量為M、砂和小砂桶的總質(zhì)量為m,打B、E點(diǎn)時(shí)小車的速度分別vB、vE,重力加速度為g,探究B到E過程合外力做功與動(dòng)能變化間的關(guān)系,其驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為$mg({s}_{2}^{\;}+{s}_{3}^{\;}+{s}_{4}^{\;})=\frac{1}{2}M{v}_{E}^{2}-\frac{1}{2}M{v}_{B}^{2}$.(用M、m、g、s1~s5、vB、vE表示)

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科目:高中物理 來源: 題型:計(jì)算題

5.如圖所示,兩塊帶電平行板相距5cm,兩板間的場強(qiáng)為1.2×103V/m,求:
(1)兩板間的電勢差為60V.
(2)電場中的P1點(diǎn)距A板為0.5cm,P2點(diǎn)距B板也為0.5cm,P1和P2兩點(diǎn)間的電勢差為-48V.
(3)若將B板接地(即φB為0),P1和P2兩點(diǎn)的電勢分別為φ1=-54V,φ2=-6V.

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同步練習(xí)冊答案