Question

20．某同學做探究恒力做功與動能改變的關系的實驗裝置如圖1所示

（1）在實驗中，用繩的拉力表示小車受到的合外力，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，除鉤碼與小車的質(zhì)量關系應該滿足：鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量以外．你認為還應該采取的措施是平衡摩擦力．
（2）圖2所示是某次實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T．距離如圖2所示，則打B點時小車的速度為$\frac{△{s}_{1}+△{s}_{2}}{2T}$．
（3）要驗證合外力的功與動能改變間的關系，除位移、速度、鉤碼的質(zhì)量外，還要測出的物理量是勾碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）本實驗要探究合力做的功與小車動能的變化關系，而本實驗要用勾碼的重力代替小車所受到的合力，首先要使細線的拉力等于小車的合力，其次要使勾碼的重力等于細線的拉力，故需要求出小車所受到的合力的表達式，根據(jù)表達式討論；
（2）由于受到恒力作用，小車做勻加速直線運動，可以根據(jù)平均速度等于中間時刻的瞬時速度的方法，求解打下B點時小車的速度；
（3）根據(jù)功和動能的表達式，可以得到哪些物理量是需要測量的．

解答 解：（1）本實驗要用勾碼的重力代替小車所受到的合力
對小車受力分析，受到重力，拉力，支持力和摩擦力
要使拉力近似等于合力，可將長木板一段墊高，使重力的下滑分量恰好等于摩擦力，因為中間還有滑輪與軸之間的摩擦阻力，故拉力近似等于合力，同時，由于砝碼加速下降，處于失重狀態(tài)，要使砝碼的重力近似等于拉力，還要求鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量；
（2）由于小車受到恒力作用，做勻加速直線運動
根據(jù)平均速度等于中間時刻的瞬時速度，有${v}_{B}=\frac{{x}_{AC}}{2T}=\frac{△{s}_{1}+△{s}_{2}}{2T}$
（3）合力功為W=Fx
動能增量為
△E_k=$\frac{1}{2}$mv²
還要測出的物理量有勾碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量；
故答案為：（1）平衡摩擦力；（2）$\frac{△{s}_{1}+△{s}_{2}}{2T}$；（3）勾碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量

點評 本題關鍵明確實驗目地和實驗原理，可以先設法求出合力的表達式，然后根據(jù)表達式討論得到結論，同樣對于待測量的確定，也是結合表達式討論．