Question

15．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置探究“動(dòng)能定理”．圖中小車(chē)內(nèi)可放置砝碼，實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)被制動(dòng)停止時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz．
（1）實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：
①實(shí)驗(yàn)前先將長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高，使小車(chē)剛好能沿木板勻速下滑；
②在小車(chē)中放入砝碼，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)后端，用細(xì)線連接小車(chē)和鉤碼；
③將小車(chē)停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，先接通電源，后釋放小車(chē)，小車(chē)拖動(dòng)紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，關(guān)閉電源；
④改變鉤碼或小車(chē)中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)③的操作．
（2）如圖乙所示是某次實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、…，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)刻度值x，求出對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車(chē)的瞬時(shí)速度v，則D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度值為x_D=8.15cm，D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度大小為v_D=0.54m/s．
（3）下表是某同學(xué)在改變鉤碼或小車(chē)中砝碼的數(shù)量時(shí)得到的數(shù)據(jù)．其中M是小車(chē)質(zhì)量M₁與小車(chē)中砝碼質(zhì)量m之和，|v₂²-v₁²|是紙帶上某兩點(diǎn)速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量△E_k；F是鉤碼所受重力的大小，W是以上兩點(diǎn)間F所做的功．

次數(shù)	M/kg	|v22-v12|/（m2/s-2）	△Ek/J	F/N	W/J
1	0.500	0.76	0.190	0.490	0.210
2	0.500	1.65	0.413	0.980	0.430
3	0.500	2.40	0.600	1.470	0.630
4	1.000	2.40	1.200	2.450	1.240
5	1.000	2.84	1.420	2.940	1.470

由上表數(shù)據(jù)可以看出，W總是大于△E_k，其主要原因是鉤碼的重力大于小車(chē)實(shí)際受到的拉力造成了誤差．

Answer 1

分析 （1）該實(shí)驗(yàn)中，用繩子的拉力代替小車(chē)受到的合力，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前平衡摩擦力．
（2）由圖可以讀取D點(diǎn)的刻度，注意估讀．由D點(diǎn)的速度等于CE的平均速度，由圖可讀取CE的距離，然后可以算出平均速度．
（3）本實(shí)驗(yàn)中，用鉤碼所受重力代替小車(chē)受到的合力，而實(shí)際上鉤碼的重力大于小車(chē)實(shí)際受到的拉力．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)當(dāng)先平衡摩擦力，將長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高，使小車(chē)剛好能沿木板勻速下滑；
（2）由圖可讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)圖中D點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刻度在8.10～8.20大約中間的位置，可估讀為：8.15cm，
D點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于CE的平均速度，由圖可得，CE的距離為：4.30cm，解得：${v}_{D}=\frac{CE}{△t}=\frac{4.30×1{0}^{-2}}{0.08}=0.54m/s$，
（3）本實(shí)驗(yàn)中，用鉤碼所受重力代替小車(chē)受到的合力，而實(shí)際上鉤碼的重力大于小車(chē)實(shí)際受到的拉力，所以鉤碼的重力大于小車(chē)實(shí)際受到的拉力造成了誤差．
故答案為：（1）將長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高，使小車(chē)剛好能沿木板勻速下滑；（2）8.15；0.54；（3）鉤碼的重力大于小車(chē)實(shí)際受到的拉力造成了誤差．

點(diǎn)評(píng) 本題需要掌握好實(shí)驗(yàn)步驟，數(shù)據(jù)得讀取和速度的計(jì)算，一般設(shè)計(jì)紙帶問(wèn)題，重要的就是數(shù)據(jù)讀取和速度的計(jì)算，因此這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)要掌握熟練．