Question

18．用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置完成“探究力做功與物體動(dòng)能變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)步驟如下；
①用天平測(cè)量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤的質(zhì)量m₀，用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d，用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T之間的距離s，細(xì)線跨過滑輪連接小車和砝碼盤，按圖所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置．
②在砝碼盤中放入適量砝碼；適當(dāng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角，直到輕推小車，使小車沿斜面勻速運(yùn)動(dòng)，取下細(xì)繩和砝碼盤，測(cè)出砝碼盤中砝碼的總質(zhì)量m；
③讓小車從光電門A左側(cè)某位置由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計(jì)分別測(cè)出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時(shí)間△t_A和△t_B；
④改變小車釋放的位置或光電門A、B間的距離，重復(fù)步驟③．
（1）步驟②中，怎樣證明小車沿斜面做勻速運(yùn)動(dòng)？遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時(shí)間相等；
（2）小車從光電門A滑至光電門B過程中，合力做功的表達(dá)式是W_合=（m+m₀）gs，動(dòng)能變化量的表達(dá)式是△E_k=$\frac{1}{2}M（\fracflnf6yi{△{t}_{B}}）^{2}-\frac{1}{2}M（\fracpfncajh{△{t}_{A}}）^{2}$（用上述步驟中的物理量表示，重力加速度為g），比較W_合和與△E_k的大小，即可得出結(jié)論．
（3）以下操作或要求是為了減小本實(shí)驗(yàn)誤差的是BD（填選項(xiàng)前的字母標(biāo)號(hào)）．
A．盡量減小兩光電門間的距離s
B．調(diào)整滑輪，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行
C．砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
D．重新掛上細(xì)線和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)步驟②～④

Answer 1

分析 （1）當(dāng)小車沿斜面勻速滑動(dòng)時(shí)，遮光片通過兩光電門的時(shí)間相等；
（2）取下細(xì)繩和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m，取下細(xì)繩和砝碼盤后，小車受到的合力即為砝碼盤和盤中砝碼的總重力，由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能的變化量；
（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)的原理和操作中的注意事項(xiàng)確定減小實(shí)驗(yàn)誤差的操作步驟．

解答 解：（1）當(dāng)小車沿斜面勻速滑動(dòng)時(shí)，遮光片通過兩光電門的時(shí)間相等，即通過遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時(shí)間相等判斷小車是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（2）根據(jù)平衡知，Mgsinθ=（m₀+m）g，取下細(xì)繩和砝碼盤，可知小車的合力為（m+m₀）g，則合力做功為（m+m₀）gs，小車通過光電門A和B的瞬時(shí)速度分別為$\fracaank6gr{△{t}_{A}}$、$\fracradaaaa{△{t}_{B}}$，則小車動(dòng)能的增加量為$\frac{1}{2}M（\fracmgmr6gj{△{t}_{B}}）^{2}-\frac{1}{2}M（\fracmu7s8xn{△{t}_{A}}）^{2}$．
（3）A、增大兩光電門間的距離可以減小實(shí)驗(yàn)的誤差，故A錯(cuò)誤．
B、調(diào)整滑輪，使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，可以減小實(shí)驗(yàn)的誤差，故B正確．
C、該實(shí)驗(yàn)不需要用砝碼盤和砝碼的重力表示繩子的拉力，所以不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，故C錯(cuò)誤．
D、重新掛上細(xì)線和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)步驟②～④，可以減小實(shí)驗(yàn)的誤差，故D正確．
故選：BD．
故答案為：（1）遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時(shí)間相等，（2）（m+m₀）gs，$\frac{1}{2}M（\fracvuno7nl{△{t}_{B}}）^{2}-\frac{1}{2}M（\fracrge62wx{△{t}_{A}}）^{2}$，（3）BD．

點(diǎn)評(píng) 光電門測(cè)量瞬時(shí)速度是實(shí)驗(yàn)中常用的方法．由于光電門的寬度d很小，所以我們用很短時(shí)間內(nèi)的平均速度代替瞬時(shí)速度．