14.某探究学习小组的同学欲验证动能定理,他们在实验室组装了一套如下图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙。当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员,要完成该项实验。
(1)你认为还需要的实验器材有____________。
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等,细沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是__________________________,实验时首先要做的步骤是________________。
(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量为M。往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量为m。让沙桶带动滑块加速运动。用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为______________。(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)
21.研究性学习小组的同学欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系,在实验室设计了一套如图所示的装置,图中A为小车,B为打点计时器,C为力传感器,P为小桶(内有沙子),M是一端带有定滑轮的足够长水平放置的木板。
(1)要顺利完成该实验,除图1中实验仪器和低压交流电源(含导线)外,还需要的实验仪器是_______(填“刻度尺”、“天平”或“秒表”)。
(2)按上述方案做实验,是否要求沙桶和沙的总质量远小于车的质量______(填“是”或“否”)
(3)已知交流电源的频率为50Hz,某次实验得到的纸带如图2所示,图中相邻计数点之间还有4个点未画出。则计时器打点D时,纸带的速度大小v=______m/s,由该纸带可求得小车的加速度a=______m/s2。(结果均保留两位有效数字)
11. 某同学用如图所示的装置探究小车加速度与合外力的关系.图1中小车A左端连接一纸带并穿过打点计时器B的限位孔,右端用一轻绳绕过滑轮系于拉力传感器C的下端,A、B置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上.不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量.实验时,先接通电源再释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点.该同学在保证小车A质量不变的情况下,通过改变P的质量来改变小车A所受的外力,由传感器和纸带测得的拉力F和加速度a数据如下表所示.
(1)第4次实验得到的纸带如图2所示,O、A、B、C和D是纸带上的五个计数点,每两个相邻点间有四个点没有画出,A、B、C、D四点到O点的距离如图.打点计时器电源频率为50Hz.根据纸带上数据计算出加速度为_____ m/s2.
(2)在实验中,_______ (选填“需要”或“不需要”)满足重物P的质量远小于小车的质量.
(3)根据表中数据,在图示坐标系图3中作出小车加速度a与力F的关系图象.
(4)根据图象推测,实验操作中重要的疏漏是____________________________.
21.某兴趣小组设计出如图甲所示的实验装置,探究小车的加速度跟合力的关系,图中与小车左端相连的是测力传感器,小车放置在表面各处粗糙程度相同的水平长木板上。按甲图装配好实验器材,先测出小车运动时所受摩擦阻力,逐渐向砂桶中添加细砂粒,当观察到小车刚开始运动时,记下传感器的最大示数为Fo,可认为摩擦阻力为Fo。
(1)将小车放回初位置并用手按住,继续向沙桶中添加一定量的砂粒,记下传感器的示数,接通频率为50Hz的交流电源使打点计时器工作,然后释放小车,打出一条纸带。再继续向沙桶中添加砂粒,多次重复实验,打出多条纸带,图乙为某次实验打出的一条纸带,纸带上每相邻的两计数点间都有四个计时点未画出,按时间顺序,取0、l、2、3、4、5、6六个计数点,用刻度尺量出1、2、3、4、5、6点到0点的距离(单位:cm),分别标注在相应的计数点的下方,则小车的加速度a=______________m/s2(结果保留三位有效数字)
(2)算出各次小车的加速度和合力F(F=F1-F0),获得多组数据,描绘小车加速度a与F的关系图象,纸带与打点计时器间的摩擦可忽略,下列图象可能正确的是_____________。
(3)写出一条提高实验结果准确程度有益的建议:________________________________。
(1)天平、刻度尺 (2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力 (3)
(1)由题意可知滑块动能的变化量为:
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,应满足的实验条件是
(3)由(1)可知,实验需要验证的表达式为:
探究功与速度变化的关系
根据实验原理,得到需要验证的表达式,从而确定需要的器材;根据牛顿第二定律求出拉力和沙桶重力的关系,判断出沙桶总重力等于拉力的条件.
关键是根据实验原理并结合牛顿第二定律和动能定理来确定要测量的量.
本题考查了探究功与速度变化的关系,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与动能定理等知识点交汇命题.