Question

19．動能定理實驗采用如圖1所示的裝置．實驗步驟如下：

（1）把紙帶的一端固定在小車的后面，另一端穿過打點計時器；
（2）改變長木板的傾角，以重力的一個分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力；
（3）用細線將長木板上的小車通過一個定滑輪與懸吊的砂桶相連；
（4）接通電源，放開小車，讓小車拖著紙帶運動，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點；
（5）測出s、s₁、s₂（如圖2），已知電磁打點計時器的打點周期為T．則：
①利用打點計時器精確判斷重力的一個分力是否已與小車及紙帶受到的摩擦力平衡的直接證據(jù)是紙帶上點跡間距相等．
②本實驗還需直接測量的物理量是：小車的質(zhì)量M、砂桶的質(zhì)量m．（并用相應(yīng)的符號表示）
③A點瞬時速度為$\frac{{s}_{1}}{2T}$ （用實驗中相應(yīng)的符號表示）
④實驗結(jié)果用來驗證動能定理的表達式是mgS=$\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{2}}{2T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{1}}{2T}）^{2}$．（用實驗中相應(yīng)的符號表示）

Answer 1

分析 平衡摩擦力是用重力的下滑分量來平衡小車受到的摩擦力，故最簡潔的方法是調(diào)節(jié)木板傾角，使小車恰能勻速下滑；本題“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”，則要知道恒力的大小，和小車的動能，所以要測量小車的質(zhì)量M、砂及砂桶的質(zhì)量m；要探究的結(jié)論是合外力做的功等于小車動能的變化量．

解答 解：①如果已經(jīng)平衡好摩擦力，則此時小車做勻速運動，紙帶上點跡間距應(yīng)該相等．
②③④本題“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”，則要知道恒力的大小，和小車的動能，所以要測量小車的質(zhì)量M、砂及砂桶的質(zhì)量m
合外力對小車做的功為W=mgS
小車從A運動到B動能的變化量△E_K=$\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}$=$\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{2}}{2T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{1}}{2T}）^{2}$
所以探究結(jié)果的表達式是mgS=$\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{2}}{2T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{1}}{2T}）^{2}$，
本實驗還需直接測量的物理量是：小車的質(zhì)量M、砂桶的質(zhì)量m．
A點的瞬時速度${v}_{A}=\frac{{s}_{1}}{2T}$．
故答案為：①紙帶上點跡間距相等，②小車的質(zhì)量M、砂桶的質(zhì)量m，③$\frac{{s}_{1}}{2T}$，④mgS=$\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{2}}{2T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{s}_{1}}{2T}）^{2}$．

點評 “探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”與“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”有很多類似之處，在平時學(xué)習(xí)中要善于總結(jié)、比較，提高對實驗的理解能力．