Question

20．某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌面上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動，以此定量研究繩的拉力做功與小車動能變化的關(guān)系．此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、刻度尺、天平（包括砝碼）．實驗裝置如圖：
請按要求完成下列問題：
①實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳�小車的�?xì)繩與木板平行．他這樣做的目的是D
A．避免小車在運(yùn)動過程中發(fā)生抖動
B．可使打點(diǎn)計時器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰
C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動
D．可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力．
②他將鉤碼重力做的功當(dāng)做細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗理論計算后發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的CD
A．在接通電源的同時釋放了小車
B．未滿足M》m的條件
C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉
D．鉤碼做勻加速直線運(yùn)動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力
③這個裝置還可以測定動摩擦因數(shù)，在不平衡摩擦力的情況下鉤碼下落的位移、鉤碼和小車的速度都可以從紙帶上測出，設(shè)小車與木板間的動摩擦因數(shù)為μ，小車發(fā)生的位移為s，小車質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m，小車的瞬時速度為v，則μ=$\frac{mgs-\frac{1}{2}（m+M）{v}^{2}}{Mgs}$．

Answer 1

分析 ①根據(jù)該實驗的實驗原理、要求和減少誤差的角度分析，平衡摩擦力作用后，進(jìn)行實驗過程中需要用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)的距離，用天平測出小車的質(zhì)量，需要改變砝碼的質(zhì)量來代替小車的拉力．
②根據(jù)W=mgs求出砂桶及砂的總重力做功，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的平均速度等于中點(diǎn)時刻的瞬時速度求兩點(diǎn)的速度，即可得到動能的變化量，從而寫出探究結(jié)果表達(dá)式，根據(jù)此表達(dá)式分析所需要的測量儀器；
③根據(jù)動能定理，結(jié)合摩擦力做負(fù)功，即可求解．

解答 解：①實驗過程中，為減少誤差，提高實驗的精確度，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳�小車的�?xì)繩與木板平行，目的是消除摩擦帶來的誤差，即平衡摩擦力后，使細(xì)繩的拉力等于小車的合力，故ABC錯誤，D正確．
故選：D．
②他將鉤碼重力做的功當(dāng)做細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，從功能關(guān)系看出：該實驗一定有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的，即試驗 中有存在摩擦力沒有被平衡掉；還有該實驗要求，只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量時，小車的拉力才近似等于砝碼的重力，故AB錯誤，CD正確．
③根據(jù)動能定理，小車從靜止到速度為v過程中，則有：$\frac{1}{2}（m+M{）v}^{2}=mgs-μMgs$；
解得：μ=$\frac{mgs-\frac{1}{2}（m+M）{v}^{2}}{Mgs}$；
故答案為：①D；②CD；③$\frac{mgs-\frac{1}{2}（m+M）{v}^{2}}{Mgs}$．

點(diǎn)評 本題考查驗證功和動能之間的關(guān)系實驗；明確實驗原理往往是解決實驗問題的關(guān)鍵，該實驗的一些操作和要求與探究力、加速度、質(zhì)量之間關(guān)系的實驗類似可以類比學(xué)習(xí)．