问题 问答题

有位同学设计了一个实验,用来验证在外力作用下物体做加速运动时,动能的改变量等于合外力所做的功.如图,他使用的实验仪器有.电磁打点计时器、学生电源、长方形木块、纸带、天平(图中未画出)、带定滑轮的木板(长约1米)、细线、砝码盘、砝码等.

该同学操作如下.

(1)用天平测出木块的质量m.把器材按图安装好.纸带固定在木块中间的方孔内.

(2)把木块放在打点计时器附近,用手按住,往砝码盘中加砝码,再放开木块,让它做加速运动.然后接通打点计时器电源,让它工作.当木块到达定滑轮处时,断开电源.

(3)取下纸带,并在纸带上做了如下图的标记,然后进行数据处理.

请回答下列问题.

(1)该同学操作过程中有一处明显的不当之处,请更正:______.

(2)利用测得的木块质量m、交流电源的周期T、纸带上标示的位移SA,SB,SC

①请你写出木块在加速阶段所受合外力的表达式:______;

②请写出验证动能定理的方法:______.

(3)在上述试验中,如果对该同学选择的仪器和做法做一些更改,则可以直接将砝码及砝码盘的重力,作为研究对象所受到的 合外力.为达到这个目的,你认为应该怎样做______.

答案

(1)从纸带的有效利用和操作方便角度考虑应该先接通电源,再释放纸带;

故答案为:应先接通电源,待打点计时器稳定工作后,再放开木块.

(2)小车做匀变速直线运动,纸带上任意一点的速度等于该点前后相邻两点间的平均速度,故A的速度为

SA
4T
,B点速度为
SB
4T

故加速度为a=

vB-vA
8T
=
SB-SA
32T2

根据牛顿第二定律,有

F=ma=m

SB-SA
32T2

由 F×SAB=

1
2
m
v2B
-
1
2
m
v2A
,可知:

在误差允许范围内,只要验证SAB=SA+SB是否成立即可.

(3)木块受到的摩擦力较大,可以换成小车,小车受到重力、支持力、拉力和摩擦力,要使拉力等于合力,需要用重力的下滑分量平衡摩擦力;要使拉力近似等于砝码及砝码盘的总重力,应该使砝码及砝码盘的总重力远小于小车的质量;

故答案为:将木块换成带轮小车以减少摩擦;垫起木板一端利用小车的下滑力平衡摩擦力;保证砝码及砝码盘的总质量远小于小车的质量.

单项选择题
单项选择题