Question

9．如圖1所示的是“探究動能定理”實驗裝置示意圖．小車的質(zhì)量為M，盤和砝碼的總質(zhì)量為m．實驗中用盤和砝碼總重力的大小當(dāng)作小車受到的牽引力．小車運動的距離可以由紙帶測出．改變盤和砝碼的總質(zhì)量或者改變小車運動的距離，也就改變了牽引力做的功．

（1）為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行．取下盤和砝碼，接下來還需要進(jìn)行的一項操作是墊高打點計時器一端，讓小車沿著斜面向下勻速運動（平衡摩擦力）．
（2）圖2是實驗中得到的一條紙帶，由圖可知x₃=10.75cm．己知打點計時器的工作頻率為50Hz，計數(shù)點2對應(yīng)的速度大小為v₂=0.42m/s．（計算結(jié)果保留2位有效數(shù)字）．
（3）實驗中為了用盤和砝碼總重力的大小當(dāng)作小車受到的牽引力，盤和砝碼的總質(zhì)量應(yīng)滿足的條件是遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）小車下滑時受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)平衡摩擦力；
（2）由刻度尺，讀出示數(shù)，注意估計值，再根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的速度等于該過程中的平均速度，可以求出打紙帶上2點時小車的瞬時速度大��；
（3）根據(jù)牛頓第二定律求出繩子拉力與砝碼桶及桶內(nèi)砝碼的總重力的關(guān)系，判斷出在什么情況下砝碼盤及盤內(nèi)砝碼的總重力在數(shù)值上近似等于小車運動時受到的拉力．

解答 解：（1）為了使細(xì)線對小車的拉力等于小車所受的合外力，先調(diào)節(jié)長木板一端滑輪的高度，使細(xì)線與長木板平行．接下來還需要進(jìn)行的一項操作是將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋�讓小車連著已經(jīng)穿過打點計時器的紙帶，撤去砂和砂桶，給打點計時器通電，輕推小車，從打出的紙帶判斷小車是否做勻速運動，即平衡摩擦力．
（2）根據(jù)紙帶0與3點示數(shù)，則x₃=10.75cm；同理，x₁=2.45cm；
由于做勻變速直線運動的物體在某段時間內(nèi)平均速度就等于在該段時間內(nèi)的中間時刻瞬時速度，
故v₂=$\frac{{x}_{13}}{{t}_{13}}$=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{0.02×10}$=$\frac{0.1075-0.0245}{0.02×10}$≈0.42m/s
（3）以砝碼和砝碼盤作為研究對象有mg-T=ma
以小車作為研究對象有T=Ma
聯(lián)立以上兩式可得T=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，要使繩子拉力等于砝碼和砝碼盤的重力，即T=mg，故有M＞＞m，即使砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，
故答案為：（1）墊高打點計時器一端，讓小車沿著斜面向下勻速運動（平衡摩擦力）；
（2）10.75； 0.42； （3）遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

點評 探究加速與力的關(guān)系實驗時，要平衡摩擦力、應(yīng)根據(jù)紙帶求出小車的速度，掌握實驗的實驗注意事項是正確解題的關(guān)鍵，注意盤和砝碼總重力的大小當(dāng)作小車受到的牽引力的條件．