Question

13．某實驗小組用如圖1所示的裝置探究合外力做功與動能變化的關(guān)系，水平軌道右側(cè)安裝有光電門，小車上固定有力傳感器和擋光板，細(xì)線一端與力傳感器連接，傳感器可以測出細(xì)線的張力，細(xì)線的另一端跨過定滑輪上砝碼盤，實驗時：

（1）測出小車、力傳感器和擋光板的總質(zhì)量M；
（2）用二十分度的游標(biāo)卡尺測量擋光板的寬度d，如圖2所示，d=5.50mm；
（3）保持軌道水平，調(diào)整砝碼盤里砝碼的質(zhì)量讓小車做勻速運動，讀出力傳感器的讀數(shù)F₁；
（4）增加砝碼盤里砝碼的質(zhì)量讓小車由靜止開始做加速運動，測出小車從靜止運動到光電門的距離s，讀出力傳感器的讀數(shù)F₂和擋光板經(jīng)過光電門的時間t；
（5）小車從靜止到經(jīng)過光電門的過程中，計算滑塊動能變化量的表達式△E_k=$\frac{1}{2}$M（$\fractmn3sjh{t}$）²；計算合外力做功的表達式W_合=（F₂-F₁）s，即可找到合外力做功與動能變化的關(guān)系．（結(jié)果用“d、s、M、F₁、F₂”表示）

Answer 1

分析 解決本題的關(guān)鍵掌握游標(biāo)卡尺讀數(shù)的方法，主尺讀數(shù)加上游標(biāo)讀數(shù)，不需估讀．
滑塊靜止時遮光條到光電門的距離L，則重力對鉤碼做的功為W=mgL，遮光條到達光電門時的速度為v=$\fracmfcu52h{t}$，所以滑塊（含遮光條）的動能變化量的表達式為△E_k=$\frac{1}{2}$M（$\fracfoh4old{t}$）²．所以我們可以通過比較（F₂-F₁）s和$\frac{1}{2}$M（$\fracdgo3d5n{t}$）²的大小來驗證外力對滑塊做功與滑塊動能變化的關(guān)系．

解答 解：（1）游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為：0.5cm=5mm，游標(biāo)尺上第10個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標(biāo)讀數(shù)為10×0.05mm=0.50mm，所以最終讀數(shù)為：5mm+0.50mm=5.50mm．即遮光條的寬度d=5.50mm．
（5）遮光條到達光電門時的速度為v=$\fracgorolhz{t}$，
所以滑塊（含遮光條）的動能變化量的表達式為△E_k=$\frac{1}{2}$M（$\frac1eh1hdf{t}$）²．
滑塊靜止時遮光條到光電門的距離s，根據(jù)動能定理，合外力做功W_合=F_合s=（F₂-F₁）s；
故答案為：（1）5.50；（5）$\frac{1}{2}$M（$\fracfy7nkro{t}$）²；（F₂-F₁）s．

點評 對于基本測量儀器如游標(biāo)卡尺、螺旋測微器等要了解其原理，正確使用這些基本儀器進行有關(guān)測量．處理實驗時一定要找出實驗原理，根據(jù)實驗原理我們可以尋找需要測量的物理量和需要注意的事項．