Question

3．在探究恒力做功與動能改變的關(guān)系實驗中，已知砂和砂桶的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，為了實驗簡便，須使小車受到的合外力可以看作砂和砂桶的總重力，回答下列問題：
（1）若圖示照片是某同學(xué)在平衡摩擦過程中拍攝的，請指出此操作中存在的嚴重錯誤：未取下砂和砂桶．若圖示照片是某同學(xué)在平衡好摩擦后進行探究過程中拍攝的，請指出此操作中存在的嚴重錯誤：未調(diào)節(jié)滑輪高度使細線與木板平行．（都只填最重要的一個）
（2）m與M應(yīng)滿足的條件是m＜＜M．

Answer 1

分析 實驗前要平衡摩擦力，細線要與長木板平行，小車要從靠近計時器位置開始釋放；
平衡摩擦力時，不掛鉤碼，輕推拖著紙帶的小車，小車能夠做勻速直線運動，則摩擦力得到平衡；
沙桶加速下降，處于失重狀態(tài)，拉力小于重力，只有當(dāng)加速度較小時可以用重力代替拉力，故必須保證M＞＞m．

解答 解：（1）平衡摩擦力時要取下砂和砂桶，應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪高度使細線與木板平行，由圖示可知，平衡摩擦力時沒有取下砂和砂桶、細線與木板不平行，這是錯誤的．
（2）由牛頓第二定律得：小車與砂和砂桶組成的系統(tǒng)：mg=（M+m）a，對小車：F=Ma，解得：F=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，
由此可知當(dāng)M＞＞m時，小車受到的拉力近似等于砂與砂桶的重力，因此實驗時要保證：M＞＞m．
故答案為：（1）未取下砂和砂桶；未調(diào)節(jié)滑輪高度使細線與木板平行（2）m＜＜M．

點評 本題關(guān)鍵明確明確實驗原理、誤差來源，能夠根據(jù)運動學(xué)規(guī)律求解出動能的增加量，求解出拉力的功后進行判斷，較難． 解決本題的關(guān)鍵掌握平衡摩擦力的方法．