Question

【題目】如圖所示，某實驗小組借用“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”的實驗裝置，進行“研究合外力做功和動能變化的關系”的實驗：

(1)使小車在砝碼和托盤的牽引下運動，以此定量探究細繩拉力做功與小車動能變化的關系．

①實驗準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙及圖所示的器材．若要完成該實驗，必需的實驗器材還有_________和_________．

②為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調(diào)節(jié)墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運動．

③實驗開始時，先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行．這樣做的目的是______(填字母代號)．

A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動 　　B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰

C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動 　　D．可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力

(2)連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到下圖所示的紙帶．紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1 s的相鄰計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G.

實驗時測得小車的質(zhì)量為M＝200 g，小車所受細繩的拉力為F＝0.2 N．各計數(shù)點到O的距離為s，對應時刻小車的瞬時速度為v，小車所受拉力做的功為W，小車動能的變化為ΔEk.請補填表中空格(結(jié)果保留小數(shù)點后四位)．這兩個數(shù)分別是_______ ；___________.

計數(shù)點	s/m	v/(m·s－1)	v2/(m2·s－2)	W/J	ΔEk/J
A	0.1550	0.5560	0.3091	0.0310	0.0309
B	0.2160	0.6555	0.4297	0.0432	0.0430
C	0.2861	0.7550	0.5700	0.0572	0.0570
D	0.3670	0.8570	0.7344	0.0734	0.0734
E	0.4575	0.9525	0.9073
F	0.5575	1.051	1.105	0.1115	0.1105
G	0.6677	1.150	1.323	0.1335	0.1323

分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi) ________________________．

(3)這個小組在之前的一次實驗中分析發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量明顯大一些．這一情況可能是下列哪些原因造成的 ____________(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．平衡摩擦力時長木板傾斜程度不夠

D．平衡摩擦力時長木板傾斜程度過大

(4)實驗小組進一步討論認為可以通過繪制v2－s圖線來分析實驗數(shù)據(jù)．請根據(jù)表中各計數(shù)點的實驗數(shù)據(jù)在圖中標出對應的坐標點，并畫出v2－s圖線．分析v2－s圖線為一條通過原點的直線，直線的斜率如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)等于理論值，也可以得出相同的結(jié)論．這種方案中直線斜率表達式為k＝___________ (用題目中相關物理量字母表示)．

Answer 1

【答案】天平刻度尺D0.09150.0907細繩拉力做功等于小車動能變化_C

【解析】

(1)①根據(jù)本實驗的實驗原理，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)；

②為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調(diào)節(jié)墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運動；

③實驗過程中，為減少誤差，提高實驗的精確度，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行，目的是消除摩擦帶來的誤差，即平衡摩擦力后，使細繩的拉力等于小車的合力，故D項正確．

(2)W＝mgs＝0.2×0.4575 J＝0.0915 J，ΔEk＝mv2＝×0.2×0.9073 J＝0.0907 J，

分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，細繩拉力做的功等于小車動能的變化．

(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，從功能關系看出：該實驗一定有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的機械能，即實驗中存在摩擦力沒有被平衡掉，故C項正確．

(4)根據(jù)表中各計數(shù)點的實驗數(shù)據(jù)在圖中標出對應的坐標點，并畫出v2－s圖線．

v2－s圖線為一條通過原點的直線，直線的斜率如果在實驗誤差允許的范圍內(nèi)等于理論值，也可以得出相同的結(jié)論．

根據(jù)，則這種方案中直線斜率表達式為k＝.