Question

20．某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌面上，將細(xì)繩一端拴在小車(chē)上，另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼使小車(chē)在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量研究繩的拉力做功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系．此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、小木塊、刻度尺、天平（包括砝碼）．實(shí)驗(yàn)裝置如圖：
請(qǐng)按要求完成下列問(wèn)題：
①實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳�小�?chē)的細(xì)繩與木板平行．他這樣做的目的是D
A．避免小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng)
B．可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰
C．可以保證小車(chē)最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)
D．可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車(chē)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(shí)驗(yàn)理論計(jì)算后發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車(chē)動(dòng)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(shí)釋放了小車(chē)
B．未滿足M》m的條件
C．阻力未完全被小車(chē)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(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力
③這個(gè)裝置還可以測(cè)定動(dòng)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(chē)的速度都可以從紙帶上測(cè)出，設(shè)小車(chē)與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，小車(chē)發(fā)生的位移為s，小車(chē)質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m，小車(chē)的瞬時(shí)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(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要用刻度尺測(cè)量紙帶上點(diǎn)的距離，用天平測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量，需要改變砝碼的質(zhì)量來(lái)代替小車(chē)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(dòng)的平均速度等于中點(diǎn)時(shí)刻的瞬時(shí)速度求兩點(diǎn)的速度，即可得到動(dòng)能的變化量，從而寫(xiě)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(cè)量?jī)x器；
③根據(jù)動(dòng)能定理，結(jié)合摩擦力做負(fù)功，即可求解．

解答 解：①實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為減少誤差，提高實(shí)驗(yàn)的精確度，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳�小�?chē)的細(xì)繩與木板平行，目的是消除摩擦帶來(lái)的誤差，即平衡摩擦力后，使細(xì)繩的拉力等于小車(chē)的合力，故ABC錯(cuò)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車(chē)動(dòng)能增量大一些，從功能關(guān)系看出：該實(shí)驗(yàn)一定有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的，即試驗(yàn) 中有存在摩擦力沒(méi)有被平衡掉；還有該實(shí)驗(yàn)要求，只有當(dāng)小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量時(shí)，小車(chē)的拉力才近似等于砝碼的重力，故AB錯(cuò)誤，CD正確．
③根據(jù)動(dòng)能定理，小車(chē)從靜止到速度為v過(guò)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(píng) 本題考查驗(yàn)證功和動(dòng)能之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)；明確實(shí)驗(yàn)原理往往是解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的關(guān)鍵，該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)類(lèi)似可以類(lèi)比學(xué)習(xí)．