Question

2．如圖1，“驗(yàn)證變力做功的動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)裝置放置在水平桌面上，兩塊磁鐵分別安裝于力傳感器和小車對(duì)應(yīng)位置，且同性磁極相對(duì)，兩擋光片寬均為1cm．
（1）讓小車向力傳感器方向運(yùn)動(dòng)，擋光片a經(jīng)過光電門傳感器時(shí)測(cè)得此時(shí)小車速度v₀，同時(shí)觸發(fā)力傳感器以及位移傳感器工作，磁力對(duì)小車做負(fù)功（選填“正”或“負(fù)”），擋光片b（a、b間距為5cm）經(jīng)過光電門時(shí)再次測(cè)得此時(shí)小車的速度v_t，同時(shí)（實(shí)際有一定延時(shí)）觸發(fā)傳感器停止工作．
（2）計(jì)算機(jī)上顯示出F-s圖象，計(jì)算出圖線包圍的面積即為此過程變力做功W．
（3）某同學(xué)測(cè)得小車及車上傳感器、磁鐵等總質(zhì)量m=0.180kg，v₀=0.341m/s，v_t=0.301m/s，則小車動(dòng)能的變化量△E_k=-0.0023J，他選取如圖2所示的選擇區(qū)域后，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出變力做功W，發(fā)現(xiàn)W與△E_k相差較大，其主要原因是選擇區(qū)域過大．

Answer 1

分析 （1）兩塊磁鐵分別安裝于力傳感器和小車對(duì)應(yīng)位置，且同性磁極相對(duì)，互相排斥，磁力對(duì)小車做負(fù)功．
（2）F-s圖象中，圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示變力做功．
（3）因?yàn)椤鱁_k=$\frac{1}{2}$mv_t²-$\frac{1}{2}$mv₀²，代入數(shù)據(jù)計(jì)算可得小車動(dòng)能的變化量．

解答 解：（1）同性磁極相對(duì)，互相排斥，故磁力對(duì)小車做負(fù)功．
（2）F-s圖象中，圖線與坐標(biāo)軸圍成的面積表示功，所以估算圖線下方的面積，其大小即為磁力在這一過程所做功大�。�
（3）因?yàn)椤鱁_k=$\frac{1}{2}$mv_t²-$\frac{1}{2}$mv₀²，
代入數(shù)據(jù)得：△E_k=$\frac{1}{2}$×0.180×0.301²-$\frac{1}{2}$×0.180×0.341²=-0.0023（J）
估算圖線下方的面積，其大小即為磁力在這一過程所做功大小，如果選擇的區(qū)域過大或過小，都會(huì)導(dǎo)致W與△E_k相差較大．
故答案為：（1）負(fù)；（2）圖線包圍的面積；（3）-0.0023，選擇區(qū)域過大．

點(diǎn)評(píng) 本題要了解光電門測(cè)量瞬時(shí)速度的原理，實(shí)驗(yàn)中我們要清楚研究對(duì)象和研究過程，對(duì)于系統(tǒng)我們要考慮全面，同時(shí)明確實(shí)驗(yàn)原理是解答實(shí)驗(yàn)問題的前提，注意圖象面積的意義．