Question

13．某實驗小組按照如圖1所示的裝置對高中學(xué)生實驗進行連續(xù)探究或驗證：實驗一“探究小車做勻變速直線運動規(guī)律”、實驗二“驗證牛頓第二定律”、實驗三“探究小車受到的合力的功與動能變化的關(guān)系”．
（1）下列說法正確的是BD
A、三個實驗操作中均先釋放小車，再接通打點計時器的電源
B、實驗一不需要平衡摩擦力，實驗二和實驗三需要平衡摩擦力
C、實驗一和實驗二需要滿足小車質(zhì)量遠大于鉤碼總質(zhì)量，實驗三則不需要
D、要求全部完成上述三個實驗，除了圖中所示的實驗器材外，還須提供的共同實驗器材有刻度尺
（2）實驗小組按照規(guī)范操作打出的紙帶如圖2所示，已知相鄰計數(shù)點時間為T，間距為s₁、s₂、s₃，鉤碼總質(zhì)量為m，小車質(zhì)量為M，且M＞＞m，重力加速度為g，以小車為研究對象，那么從b到c小車合力做的功W=mgs₂，小車動能的變化△E_k=$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]．
（3）在第（2）問中，用鉤碼總重力代替小車受到的拉力，存在系統(tǒng)誤差（填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”）；為了準(zhǔn)確探究，在保留原裝置基礎(chǔ)上，請?zhí)岢鲆粭l合理的改進措施讓該實驗滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)打點計時器使用的注意事項以及各個實驗的注意事項依次分析即可；
（2）紙帶法實驗中，若紙帶勻變速直線運動，測得紙帶上的點間距，利用勻變速直線運動的推論，可計算出打出某點時紙帶運動的瞬時速度，從而求出動能．根據(jù)功的定義求出合外力對小車做功；
（3）由圖象可知，當(dāng)F=0時，a≠0．也就是說當(dāng)繩子上沒有拉力時小車就有加速度，該同學(xué)實驗操作中平衡摩擦力過大，即傾角過大．

解答 解：（1）根據(jù)打點計時器使用的注意事項可知，三個實驗操作中均先接通打點計時器的電源，在釋放小車．故A錯誤；
B、實驗“探究小車做勻變速直線運動規(guī)律”中，只探索速度隨時間的變化，不需要平衡摩擦力；實驗二和實驗三探索合外力與加速度、或做功的關(guān)系，所以都需要平衡摩擦力．故B正確；
C、實驗“探究小車做勻變速直線運動規(guī)律”中，只探索速度隨時間的變化，不需要滿足小車質(zhì)量遠大于鉤碼總質(zhì)量；實驗三“探究小車受到的合力的功與動能變化的關(guān)系”中，將鉤碼的總重力看作是小車受到的合外力，則需要滿足小車質(zhì)量遠大于鉤碼總質(zhì)量．故C錯誤；
D、要求全部完成上述三個實驗，除了圖中所示的實驗器材外，還須提供的共同實驗器材有刻度尺，來測量紙帶上點與點之間的距離．故D正確．
故選：BD
（2）對bc段進行研究，則合外力對小車做功為W_合=mgs₂，
利用勻變速直線運動的推論v_b=$\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}$；
v_c=$\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}$；
小車動能的增加量△E_kbc=$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]
（3）在第（2）問中，用鉤碼總重力代替小車受到的拉力，在小車加速的過程中，其加速度：a=$\frac{mg}{m+M}$
所以對小車的拉力：$F=Ma=\frac{M}{m+M}•mg$＜mg，可知存在一定的系統(tǒng)誤差；
為了準(zhǔn)確探究，需要讓該實驗滿足：m＜＜M，即鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．
故答案為：（1）BD；（2）mgs₂，$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]；（3）系統(tǒng)誤差，讓該實驗滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．

點評 要明確此題在驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系中用到的原理，圍繞實驗原理，明確實驗?zāi)康�，根�?jù)相應(yīng)的物理規(guī)律可知需要測量的物理量及實驗時的注意事項．