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    18．现要用如图所示的实验装置探究“动能定理”：一倾角θ可调的斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上，光电门甲的位置可移动．不可伸长的细线一端固定在带有遮光片（宽度为d）的滑块上，另一端通过光滑定滑轮与重物相连，细线与斜面平行（通过滑轮调节）．当滑块沿斜面下滑时，与光电门相连的计时器可以显示遮光片挡光的时间t，从而可测出滑块通过光电门时的瞬时速度v．改变光电门甲的位置，重复实验，比较外力所做的功W与系统动能的增量△Ek的关系，即可达到实验目的．
    主要实验步骤如下：
    （1）调节斜面的倾角θ，用以平衡滑块的摩擦力．将带有遮光片的滑块置于斜面上，轻推滑块，使之运动．可以通过遮光片经过两光电门的时间是否相等判断滑块是否正好做匀速运动；
    （2）按设计的方法安装好实验器材．将滑块从远离光电门甲的上端由静止释放，滑块通过光电门甲、乙时，遮光片挡光的时间分别t1和t2，则滑块通过甲、乙两光电门时的瞬时速度分别为$\frac{d}{{t}_{1}}$和$\frac{d}{{t}_{2}}$；
    （3）用天平测出滑块（含遮光片）的质量M及重物的质量m，用米尺测出两光电门间的距离x，比较mgx和$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{1}}$）2的大小，在误差允许的范围内，若两者相等，可得出合力对物体所做的功等于物体动能的变化量．

    分析 （1）恰好平衡摩擦力滑块匀速运动时遮光片经过光电门的时间相等．
    （2）已知时间与遮光片的宽度应用速度公式可以求出遮光片经过光电门时的平均速度，把该平均速度作为滑块的速度．
    （3）应用功的计算公式与动能的 计算公式分析答题．

    解答 解：（1）滑块匀速运动时，遮光片经过两光电门的时间相等；
    （2）遮光片宽度d很小，可认为其平均速度与滑块通过该位置时的瞬时速度相等，故滑块通过甲、乙两光电门时的瞬时速度分别为：v1=$\frac{d}{{t}_{1}}$、v2=$\frac{d}{{t}_{2}}$；
    （3）比较外力做功W=mgx及系统动能的增量△EK=$\frac{1}{2}$（M+m）v22-$\frac{1}{2}$（M+m）v12=$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{1}}$）2，是否相等，即可探究“动能定理”．
    故答案为：（1）遮光片经过两光电门的时间是否相等；（2）$\frac{d}{{t}_{1}}$；$\frac{d}{{t}_{2}}$；（3）mgx；$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{1}}$）2．

    点评 本题考查了实验操作与实验数据处理，遮光片的宽度很小，可以用遮光片经过光电门时的平均速度作为滑块的瞬时速度，遮光片越窄，平均速度越接近瞬时速度．

    练习册系列答案
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    相关习题

    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    8．为了验证动能定理，某学习小组在实验室组装了如图所示的装置，备有下 列器材：打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细沙．他们称量滑块的 质量为M、沙和小桶的总质量为m．当滑块连接上纸带，让细线跨过滑轮并悬挂空的小桶时，滑块处于静止状态．实验时为保证滑块受到的合力与沙、小桶的总重力大小基本相等，沙和小桶的总质量应满足的实验条件是M远大于m，实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合外力，首先要做的步骤是平衡摩擦力．

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    9．用如图甲所示的实验装置完成“探究动能定理”实验．请补充完整下列实验步骤的相关内容：

    （1）用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为0.525cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离s；
    （2）在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等；
    （3）取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m（填写相应物理量及其符号）；
    （4）让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△tA和△tB；
    （5）步骤（4）中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W合=（m+m0）gs，小车动能变化量△Ek=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△{t}_{B}}$）2-$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△{t}_{A}}$）2（用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g），比较W合和△Ek的值，找出两者之间的关系；
    （6）重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复（2）～（5）步骤．
    （7）本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是B．
    A．尽量减小两光电门间的距离s
    B．调整滑轮，使细线与长木板平行
    C．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量．

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    6．在“探究功与速度变化的关系”的实验中：
    （1）利用甲图装置，小车在橡皮筋的作用下运动，如图丙的4条纸带中最符合实验要求的是B．

    （2）某同学对该实验进行了更改，如乙图，把橡皮筋的固定点改为A点，操作如下：
    a、将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器，将平板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后小车做匀速直线运动．
    b、将橡皮筋固定在小车前端．拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置．接通打点计时器电源，释放小车．
    c、用2 条、3 条、4 条、5 条、6 条橡皮筋分别代替1 条橡皮筋重做实验．
    d、在上述实验中打出的6条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5、v6．
    相关数据见下表
    实验次数条数速度m/s速度平方m2/s2
    111.281.64
    221.753.06
    332.104.41
    442.265.11
    552.687.18
    662.968.76
    ①请把操作步骤a补充完整．
    ②用W0表示一条橡皮筋做的功，请在如图丁的坐标纸上画W-v2图象．
    ③根据你画的W-v2图象，你认为该同学第4次实验操作出现了问题，问题在于该次实验时小车释放的位置距离较近（填“远”或“近”）

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    科目：高中物理 来源： 题型：选择题

    13．在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向的轴O在匀强磁场中做逆时针方向的匀速圆周运动，磁场方向竖直向下，且范围足够大，其俯视图如图所示，若小球运动到某点时，绳子突然断开，则关于绳子断开后，对小球可能的运动情况的判断不正确的是（　　）
    A．小球做顺时针方向的匀速圆周运动，半径不变
    B．小球仍做逆时针方向的匀速圆周运动，半径不变
    C．小球仍做逆时针方向的匀速圆周运动，但半径减小
    D．小球做顺时针方向的匀速圆周运动，半径减小

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    3．现要用如图所示的实验装置探究“动能定理”：一倾角θ可调的斜面上安装有两个光电门，其中光电门乙固定在斜面上，光电门甲的位置可移动．不可伸长的细线一端固定在带有遮光片（宽度为d）的滑块上，另一端通过光滑定滑轮与重物相连，细线与斜面平行（通过滑轮调节）．当滑块沿斜面下滑时，与光电门相连的计时器可以显示遮光片挡光的时间t，从而可测出滑块通过光电门时的瞬时速度v．改变光电门甲的位置，重复实验，比较外力所做的功W与系统动能的增量△Ek的关系，即可达到实验目的．
    主要实验步骤如下：
    （1）调节斜面的倾角θ，用以平衡滑块的摩擦力．将带有遮光片的滑块置于斜面上，轻推滑块，使之运动．可以通过遮光片经过两光电门的时间是否相等判断滑块是否正好做匀速运动；
    （2）按设计的方法安装好实验器材．将滑块从远离光电门甲的上端由静止释放，滑块通过光电门甲、乙时，遮光片挡光的时间分别t1和t2，则滑块通过甲、乙两光电门时的瞬时速度分别为$\frac{d}{{t}_{1}}$和$\frac{d}{{t}_{2}}$；
    （3）用天平测出滑块（含遮光片）的质量M及重物的质量m，用米尺测出两光电门间的距离s，比较mgs和$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{2}}$）2-$\frac{1}{2}$（M+m）（$\frac{d}{{t}_{1}}$）2，的大小，在误差允许的范围内，若两者相等，可得出合力对物体所做的功等于物体动能的变化量．

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    10．某实验小组采用如图1所示的装置来探究“功与速度变化的关系”实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面？实验的部分步骤如下：

    （1）将一块一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，在长木板的另一端固定打点计时器；
    （2）把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车后端，用细线跨过定滑轮连接小车和钩码；
    （3）把小车拉到靠近打点计时器的位置，接通电源，从静止开始释放小车，得到一条纸带；
    （4）关闭电源，通过分析小车位移与速度的变化关系来研究合外力对小车所做的功与速度变化的关系？
    如图2是实验中得到的一条纸带，点O为纸带上的起始点，A、B、C是纸带的三个计数点，相邻两个计数点间均有4个点未画出，用刻度尺测得A、B、C到O的距离如图所示，已知所用交变电源的频率为50Hz，问：
    （1）打B点时刻，小车的瞬时速度vB=0.40m/s？（结果保留两位有效数字）
    （2）本实验中，若钩码下落高度为h1时合外力对小车所做的功W0，则当钩码下落h2时，合外力对小车所做的功为$\frac{{h}_{2}}{{h}_{1}}$W0？（用h1、h2、W0表示）
    （3）实验中，该小组同学画出小车位移x与速度v的关系图象如图3所示？根据该图形状，某同学对W与v的关系作出的猜想，肯定不正确的是AC（填写选项字母代号）
    A．W∝v         B．W∝v2 C．W∝$\frac{1}{v}$          D．W∝v3
    （4）在本实验中，下列做法能有效地减小实验误差的是ABC（填写选项字母代号）A．把长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力
    B．实验中控制钩码的质量，使其远小于小车的总质量C．调节滑轮高度，使拉小车的细线和长木板平行D．先让小车运动再接通打点计时器．

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    科目：高中物理 来源： 题型：实验题

    7．物理课上老师拿出了如图1所示的一套实验装置问同学们可以用来完成高中物理中的哪些学生实验，下面是甲、乙、丙三位同学的不同构想．、
    （1）甲同学用此装置来完成《探究加速度与力、质量的关系》的实验．
    ①要完成该实验，下列做法正确的是：AC（填字母代号）
    A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
    B．实验时，应让小车尽量的靠近打点计时器，且应先放开小车再接通打点计时器的电源
    C．在调节木板倾斜度平衡小车受到的摩擦力时，不应将钩码通过定滑轮拴在小车上
    D．通过增减小车上的砝码改变小车质量时，需要重新调节木板倾斜度
    ②设钩码的总质量为m，小车和砝码的总质量为M，实验中要进行m和M的选取，以下最合理的一组是：C
    A．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
    B．M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
    C．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
    D．M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
    （2）乙同学用该装置来完成《探究绳的拉力做功与小车动能变化的关系》的实验．
    平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点来计算小车的速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：在小车上加适量钩码．
    （3）丙同学用该装置来完成《验证机械能守恒定律》的实验．
    ①实验中得到了一条纸带如图2所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点（标号0～6），测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T．则打下点2时小车的速度v2=$\frac{{d}_{3}-{d}_{1}}{2T}$；若测得小车的质量为M、钩码的总质量为m，打下点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，若不计一切阻力，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为mg（d5-dv1）=$\frac{1}{2}$（M+m）（v52-v12）（用相关的字母表示）．
    ②下列有关三位同学都用以上装置分别完成各自的实验中你认为正确的是：CD
    A．实验中甲必须用天平测出小车的质量，乙、丙不需要测出小车的质量
    B．实验中甲、乙必须将长木板垫起一定角度以平衡摩擦力，丙不需要平衡摩擦力
    C．实验中甲、乙、丙都要满足钩码的质量要远远小于小车的质量
    D．实验中甲、乙、丙都要先接通电源，再放开小车，且小车要尽量靠近打点计时器．

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    科目：高中物理 来源： 题型：计算题

    8．如图所示，水平地面上有一质量m=4.6kg的金属块，其与水平地面间的动摩擦因数μ=0.20，在与水平方向成θ=37°角斜向上的拉力F作用下，以v=4.0m/s的速度向右做匀速直线运动．已知sin37°=0.60，cos37°=0.80，g取10m/s2．求：
    （1）画出物体做匀速运动的受力图；
    （2）拉力F的大小；
    （3）若某时刻撤去拉力，金属块在地面上还能滑行多长时间．

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