Question

10．在探究“恒力做功和物體動能變化之間的關系”的實驗中，某同學的實驗設計方案如圖1所示．則：

（1）該實驗用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，在安裝時首先要平衡摩擦力，其次鉤碼和小車還需要滿足的條件是鉤碼質(zhì)量要遠小于小車質(zhì)量．
（2）實驗中，除位移、速度外，還要測出的物理量有鉤碼的質(zhì)量m、小車的質(zhì)量M．
（3）在上述實驗中，打點計時器使用的交流電頻率為50Hz．某同學打出的一段紙帶如圖2所示，則小車勻速運動時的速度大小為1.40m/s．（計算結果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗原理可知，想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；必須要滿足鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的總質(zhì)量，否則若用鉤碼的重力表示合外力，誤差將會很大．
（2）驗證合外力的功與動能變化間的關系的原理：mgx=$\frac{1}{2}$Mv²，由此可知還要測出的物理量有鉤碼的質(zhì)量和小車的總質(zhì)量，因此根據(jù)實驗原理可知需要測量的數(shù)據(jù)．
（3）小車勻速運動時，紙帶上點距均勻，因此根據(jù)刻度尺的示數(shù)可以求出勻速運動時的速度大�。�

解答 解：（1）小車在水平方向上受繩的拉力和摩擦力，想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
當鉤碼的質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量時可以近似認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力，實驗中還要保持鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量．
（2）驗證合外力的功與動能變化間的關系的原理：mgx=$\frac{1}{2}$Mv²，需要測量的物理量有：鉤碼質(zhì)量m，小車的質(zhì)量M，位移x，速度v．所以還要測出的物理量有鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量．
（3）最后勻速的讀數(shù)就為最大速度，由紙帶可知，CE之間的速度即為最后勻速速度：v=$\frac{{x}_{CE}}{2T}$=$\frac{（13.0-7.4）×1{0}^{-2}m}{2×0.02s}$≈1.40m/s．
故答案為：（1）平衡摩擦力；鉤碼質(zhì)量要遠小于小車質(zhì)量；（2）鉤碼的質(zhì)量m、小車的質(zhì)量M；（3）1.40．

點評 本題考查了實驗注意事項與實驗數(shù)據(jù)處理，要明確此題在驗證合外力的功與動能變化間的關系中用到的原理，圍繞原理，記憶需要測量的物理量及實驗時的注意事項．