Question

【題目】某興趣小組用如圖所示的裝置驗證動能定理．

（1）保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔．實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動．同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除．同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動．看法正確的同學是________（選填“甲”或“乙”）．

（2）消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼．接通打點計時器50Hz電源，松開小車，小車運動．紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖所示．圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點的速度vA=_____ m/s．

（3）測出小車的質量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為L．小車動能的變化量可用ΔEk=算出．砝碼盤中砝碼的質量為m，重力加速度為g；實驗中，小車的質量應______（選填“遠大于”“遠小于”或“接近”）砝碼、砝碼盤和沙子的總質量，小車所受合力做的功可用W=mgL算出．多次測量，若W與ΔEk均基本相等則驗證了動能定理．

Answer 1

【答案】乙 0.31（0.30~0.33） 遠大于

【解析】

(1)甲同學的方案中，沙子和盤的總重力等于最大靜摩擦力，乙同學方案中，沙子和盤的總重力等于滑動摩擦力；

(2)勻變速直線運動中，中間時刻速度等于平均速度；

(3)只有當小車的質量遠大于砝碼、砝碼盤和沙子總質量時，繩子的拉力F才近似等于砝碼的重力。

(1)[1]只有小車做勻速直線運動，才能夠判斷摩擦力與沙子和盤的總重力相等，才能消除摩擦力的影響，所以乙同學的看法正確；

(2)[2]實際打點的周期：

以A點為中間時刻，用毫米刻度尺測4個時間段的位移為，則A點速度：

(3)[3]對小車應用牛頓第二定律：

對砝碼應用牛頓第二定律：

兩式聯立解得：，只有滿足：，這樣，小車所受合力做的功才可用W=mgL算出。