Question

如圖所示，某學生小組借用“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置，進行“探究合外力做功和動能變化的關系”的實驗：

（1）實驗明使小車在砝碼和托盤的牽引下運動，以此定量探究細繩拉力做功與小車動能變化的關系。

①實驗準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙及圖所示的器材。若要完成該實驗，必需的實驗器材還有_________________。

②為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調節(jié)墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據打出的紙帶判斷小車是否做_________運動。

③實驗開始時，先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行。這樣做的目的是____（填字母代號）。

A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動

B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰

C．可以保證小車最終能夠實現勻速直線運動

D．可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力

（2）連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖所示的紙帶。紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1s的相鄰計數點A、B、C、D、E、F、G。

實驗時測得小車的質量為M=200g，小車所受細繩的拉力為F=0.2N。

各計數點到O的距離為s，對應時刻小車的瞬時速度為v，小車所受拉力做的功為W，小車動能的變化為。請計算前補填表中空格（結果保留小數點后四位）。

計數點	s/m	v/(m·s-1)	v2/(m2·s-2)	W/J	/ J
A	0.1550	0.5560	0.3091	0.0310	0.0309
B	0.2160	0.6555	0.4297	0.0432	0.0430
C	0.2861	0.7550	0.5700	0.0572	0.0570
D	0.3670	0.8570	0.7344	0.0734	0.0734
E	0.4575	0.9525	0.9073
F	0.5575	1.051	1.105	0.1115	0.1105
G	0.6677	1.150	1.323	0.1335	0.1323

分析上述數據可知：在實驗誤差允許的范圍內 。

（3）這個小組在之前的一次實驗中分析發(fā)現拉力做功總是要比小車動能增量明顯大一些。這一情況可能是下列個些原因造成的______________（填字母代號）。

A．在接通電源的同時釋放了小車

B．小車釋放時離打點計時器太近

C．平衡摩擦力時長木板傾斜程度不夠

D．平衡摩擦力時長木板傾斜程度過大

（4）實驗小組進一步討論認為可以通過繪制圖線來分析實驗數據。請根據表中各計數點的實驗數據在圖中標出對應的坐標點，并畫出圖線。

分析圖線為一條通過原點的直線，直線的斜率如果在實驗誤差允許的范圍內等于理論值，也可以得出相同的結論。這種方案中直線斜率表達式為k=____________（用題目中相關物理量字母表示）。

Answer 1

（1）①天平 、刻度尺；②勻速直線運動；③D； （2）0.0915、0.0907 ； 細繩拉力做功等于小車動能變化（3）C；（4）如圖描點、連線，

【解析】

試題分析：（1）①實驗時還必須用天平測量小車及托盤砝碼的質量，用刻度尺測量紙帶的長度；②當小車拖著紙帶做勻速運動時，可認為已經平衡了摩擦力；③實驗開始時，先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行。這樣做的目的是可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力，故選D.

（2）第E組中拉力的功：W=Fs=0.2N×0.4575m=0.0915J；

動能增量：；分析上述數據可知：在實驗誤差允許的范圍內細繩拉力做功等于小車動能變化；

（3）拉力做功總是要比小車動能增量明顯大一些的原因還有其它功存在，即阻力功，也就是說阻力沒有都平衡掉，即平衡摩擦力時長木板傾斜程度不夠，選項C正確；

（4）畫出的圖線如圖；由動能定理可知：，解得，故圖線的斜率為；

考點：驗證牛頓第二定律.