Question

4．某同學(xué)用如圖1所示的裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”實驗．在實驗中，該同學(xué)把砂和砂桶的總重力當(dāng)作小車受到的合外力．

（1）在實驗操作中，下列做法正確的是AD
A．實驗前要對裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作
B．實驗操作時要先放小車，后接通電源
C．在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個計數(shù)點離得越近越好
D．在實驗過程中要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
（2）除實驗裝置圖中出現(xiàn)的儀器外，還需要的測量儀器有刻度尺、天平．
（3）圖2所示為實驗中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點來探究功與速度變化的關(guān)系．已知打點計時器的打點周期為T，重力加速度為g，圖中已經(jīng)標(biāo)明了已測量的物理量，用天平測得小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m．請你以小車為研究對象，把要探究的結(jié)果用題中所給的字母進(jìn)行表述：mgx=$\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{2}}{4T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}}{4T}）^{2}$．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗的原理以及操作中的注意事項確定正確的操作步驟．
（2）根據(jù)實驗的原理確定所需測量的物理量，從而確定所需的器材．
（3）根據(jù)某段時間內(nèi)的平均速度等于中間時刻的瞬時速度求出兩點的瞬時速度，從而得出動能的變化量，結(jié)合合力做功等于動能的變化量列出表達(dá)式．

解答 解：（1）A、實驗前需要平衡摩擦力，使得繩子的拉力等于小車的合力，故A正確．
B、實驗時應(yīng)先接通電源，再釋放小車，故B錯誤．
C、在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個計數(shù)點適當(dāng)遠(yuǎn)一些，故C錯誤．
D、為了使砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，需滿足砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，故D正確．
故選：AD．
（2）為了測量瞬時速度的大小，需要通過刻度尺測量點跡間的距離，所以還需要刻度尺．
（3）A點的瞬時速度${v}_{A}=\frac{{x}_{1}}{4T}$，B點的瞬時速度${v}_{B}=\frac{{x}_{2}}{4T}$，則動能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}$=$\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{2}}{4T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}}{4T}）^{2}$，
則功和速度變化的關(guān)系為：mgx=$\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{2}}{4T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}}{4T}）^{2}$．
故答案為：（1）AD，（2）刻度尺，（3）mgx=$\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{2}}{4T}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}}{4T}）^{2}$．

點評 明確“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實驗的實驗原理及方法是求解本題的關(guān)鍵．對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．這樣問題我們要從實驗原理和減少實驗誤差方面去解決．