Question

17．某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車速度變化的關(guān)系，此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等，組裝的實驗裝置如圖1所示．

（1）若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪些AC（填字母代號）．
A．天平       B．彈簧測力計      C．刻度尺      D．秒表
（2）做好實驗準備工作后，他將打點計時器接在頻率為f的交流電源上，從實驗中打出的幾條紙帶中選出一條理想紙帶，如圖2所示，選取紙帶上打出的連續(xù)5個點A、B、C、D、E，測出A點距起始點O（即O點速度為0）的距離為S₀，點AC間的距離為S₁，點CE間的距離為S₂，用天平測出鉤碼的質(zhì)量為m（m遠小于小車的質(zhì)量），當?shù)氐闹亓�加速度為g，則：起點O到打下C點的過程中，拉力做的功可表示為W=mg（S₀+S₁），小車在C點的速度可表示為V_c=$\frac{f（{s}_{1}+{s}_{2}）}{4}$．
（3）他將鉤碼重力做的功當做細繩拉力做的功，并想借此實驗數(shù)據(jù)來驗證動能定理；測出小車及車內(nèi)物體的總質(zhì)量后，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的CD（填字母代號）．
A．在接通電源的同時釋放了小車
B．小車釋放時離打點計時器太近
C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉
D．鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)該實驗的實驗原理、要求和減少誤差的角度分析，平衡摩擦力作用后，進行實驗過程中需要用刻度尺測量紙帶上點的距離，用天平測出小車的質(zhì)量，需要改變砝碼的質(zhì)量來代替小車的拉力．（2）據(jù)勻變速直線運動的推論求解瞬時速度．（3）從實驗原理和實驗步驟、要求分析誤差，會從功能關(guān)系上分析．

解答 解：（1）、根據(jù)本實驗的實驗原理是合外力所做的功等于動能的變化量，通過研究紙帶來研究小車的速度，利用天平測量小車的質(zhì)量，利用砝碼的重力代替小車的合外力，所以需要刻度尺來測量紙帶上點的距離和用天平測得小車的質(zhì)量，即還需要刻度尺，天平（帶砝碼），故AC正確，BD錯誤．
（2）據(jù)題意可知，打點計時器T=$\frac{1}{f}$，實驗AE之間的時間為：$\frac{4}{f}$
據(jù)勻變速直線運動的推論可知，C點的速度v=$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{\frac{4}{f}}$=$\frac{f（{s}_{1}+{s}_{2}）}{4}$
（3）他將鉤碼重力做的功當做細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，從功能關(guān)系看出：該實驗一定有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的，即試驗 中有存在摩擦力沒有被平衡掉；還有該實驗要求，只有當小車的質(zhì)量遠大于砝碼的質(zhì)量時，小車的拉力才近似等于砝碼的重力，故AB錯誤，CD正確．
故選：（1）AC；  （2）$\frac{f（{s}_{1}+{s}_{2}）}{4}$；（3）CD．

點評 明確實驗原理往往是解決實驗問題的關(guān)鍵，該實驗的一些操作和要求與探究力、加速度、質(zhì)量之間關(guān)系的實驗類似可以類比學習．