Question

17．某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，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(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車速度變化的關(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)寫紙、紙帶、小木塊等，組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．

（1）若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些AC（填字母代號(hào)）．
A．天平       B．彈簧測(cè)力計(jì)      C．刻度尺      D．秒表
（2）做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作后，他將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在頻率為f的交流電源上，從實(shí)驗(yàn)中打出的幾條紙帶中選出一條理想紙帶，如圖2所示，選取紙帶上打出的連續(xù)5個(gè)點(diǎn)A、B、C、D、E，測(cè)出A點(diǎn)距起始點(diǎn)O（即O點(diǎn)速度為0）的距離為S₀，點(diǎn)AC間的距離為S₁，點(diǎn)CE間的距離為S₂，用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量為m（m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量），當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g，則：起點(diǎn)O到打下C點(diǎn)的過程中，拉力做的功可表示為W=mg（S₀+S₁），小車在C點(diǎn)的速度可表示為V_c=$\frac{f（{s}_{1}+{s}_{2}）}{4}$．
（3）他將鉤碼重力做的功當(dāng)做細(xì)繩拉力做的功，并想借此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證動(dòng)能定理；測(cè)出小車及車內(nèi)物體的總質(zhì)量后，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的CD（填字母代號(hào)）．
A．在接通電源的同時(shí)釋放了小車
B．小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近
C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉
D．鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力．

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)出小車的質(zhì)量，需要改變砝碼的質(zhì)量來(lái)代替小車的拉力．（2）據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論求解瞬時(shí)速度．（3）從實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟、要求分析誤差，會(huì)從功能關(guān)系上分析．

解答 解：（1）、根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是合外力所做的功等于動(dòng)能的變化量，通過研究紙帶來(lái)研究小車的速度，利用天平測(cè)量小車的質(zhì)量，利用砝碼的重力代替小車的合外力，所以需要刻度尺來(lái)測(cè)量紙帶上點(diǎn)的距離和用天平測(cè)得小車的質(zhì)量，即還需要刻度尺，天平（帶砝碼），故AC正確，BD錯(cuò)誤．
（2）據(jù)題意可知，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器T=$\frac{1}{f}$，實(shí)驗(yàn)AE之間的時(shí)間為：$\frac{4}{f}$
據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論可知，C點(diǎn)的速度v=$\frac{{s}_{1}+{s}_{2}}{\frac{4}{f}}$=$\frac{f（{s}_{1}+{s}_{2}）}{4}$
（3）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) 中有存在摩擦力沒有被平衡掉；還有該實(shí)驗(yàn)要求，只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量時(shí)，小車的拉力才近似等于砝碼的重力，故AB錯(cuò)誤，CD正確．
故選：（1）AC；  （2）$\frac{f（{s}_{1}+{s}_{2}）}{4}$；（3）CD．

點(diǎn)評(píng) 明確實(shí)驗(yàn)原理往往是解決實(shí)驗(yàn)問題的關(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)類似可以類比學(xué)習(xí)．