Question

5．某同學(xué)用如圖所示裝置探究：加速度與力的關(guān)系“，已知砂桶的總質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，他在想能否用此裝置來做”探究做功與動(dòng)能變化“的實(shí)驗(yàn)，于是他和小組同學(xué)合作設(shè)計(jì)了利用此裝置探究做功與動(dòng)能變化的實(shí)驗(yàn)方案（當(dāng)?shù)刂亓�加速度為g）．
（1）在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，以小車為研究對(duì)象，小組同學(xué)分別提出以下觀點(diǎn)
A．本實(shí)驗(yàn)應(yīng)使繩子與木板平行
B．本實(shí)驗(yàn)應(yīng)平衡摩擦力
C．本實(shí)驗(yàn)必須滿足m＜＜M
D．本實(shí)驗(yàn)必須在平衡摩擦力后測(cè)出木板與水平木板之間的夾角α
以上觀點(diǎn)你認(rèn)為正確的是ABC．
（2）如圖乙所示為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，A、B、C、D、E為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，選取如圖乙所示的一段紙帶，對(duì)BD段進(jìn)行研究，則合外力對(duì)小車做功為mg（s₂+s₃），小車動(dòng)能的增加量為$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{3}+s}_{4}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]．

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的儀器、操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)，只有理解了這些才能真正了解具體實(shí)驗(yàn)操作的含義．
紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能．根據(jù)功的定義求出合外力對(duì)小車做功．

解答 解：（1）A、本實(shí)驗(yàn)應(yīng)使繩子與木板平行，故A正確；
B、小車在水平方向上受繩的拉力和摩擦力，想用砂桶的總重力表示小車受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
設(shè)繩子上拉力為F，對(duì)小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma ①
砂桶有：mg-F=ma ②
F=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，由此可知當(dāng)M＞＞m時(shí)，砂桶的重力等于繩子的拉力即為小車是合外力．
故適當(dāng)墊高長(zhǎng)木板左端，以平衡摩擦力，使砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，故BC正確．
D、本實(shí)驗(yàn)不需要在平衡摩擦力后測(cè)出木板與水平木板之間的夾角為α，故D錯(cuò)誤．
故選：ABC．
（2）對(duì)BD段進(jìn)行研究，則合外力對(duì)小車做功為W_合=mg（s₂+s₃），
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論v_B=$\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}$；
v_D=$\frac{{{s}_{3}+s}_{4}}{2T}$；
小車動(dòng)能的增加量△E_kBD=$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{3}+s}_{4}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]
故答案為：（1）ABC
（2）mg（s₂+s₃），$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{3}+s}_{4}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]

點(diǎn)評(píng) 要明確此題在驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系中用到的原理，圍繞實(shí)驗(yàn)原理，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，根�?jù)相應(yīng)的物理規(guī)律可知需要測(cè)量的物理量及實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)．