Question

（2013?開封一模）某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系，他們在實(shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到打點(diǎn)計時器所用的學(xué)生電源一臺、天平、刻度尺、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小桶和沙子若干．當(dāng)小車連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上小沙桶．
（1）某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：用天平稱量小車的質(zhì)量M和沙與桶的總質(zhì)量m．讓沙桶帶動小車加速運(yùn)動，用打點(diǎn)計時器記錄其運(yùn)動情況，在打點(diǎn)計時器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測出這兩點(diǎn)的間距L，算出這兩點(diǎn)的速度v₁與v₂．
①本實(shí)驗(yàn)裝置圖1（準(zhǔn)備放開小車時刻）中有什么缺點(diǎn)或錯誤？

細(xì)線與軌道平面應(yīng)該平行，初始時刻小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計時器．

②要完成本實(shí)驗(yàn)，還缺哪些重要實(shí)驗(yàn)步驟？

調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度，使小車在無拉力時能在軌道上勻速運(yùn)動（或平衡摩擦力）

③本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為小車所受合外力等于沙桶重力，則應(yīng)控制的實(shí)驗(yàn)條件是什么？

M＞＞m

（2）在實(shí)驗(yàn)操作正確的前提下，若挑選的一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖2所示，已知    相鄰兩個點(diǎn)間的時間間隔為T，從A點(diǎn)到B、C、D、E、F點(diǎn)的距離依次為s₁、s₂、s₃、s₄、s₅（圖中未標(biāo)s₃、s₄、s₅），則由此可求得紙帶上由B點(diǎn)到E點(diǎn)所對應(yīng)過程中，合外力對小車所做的功W=

mg（S₄-S₁）

；該小車動能改變量的表達(dá)式為△E_K=

M

8T2

[(S5-S3)2-

S

2 2

]

（結(jié)果用題中已知物理量的符號表示）；若滿足

W≈△E_k

，則動能定理得證．

Answer 1

分析：（1）①細(xì)線與平板不平行，小車要從靠近計時器位置開始釋放；
②要平衡摩擦力；
③沙桶加速下降，處于失重狀態(tài)，拉力小于重力，只有當(dāng)加速度較小時可以用重力代替拉力，故必須保證M＞＞m；
（2）B到E過程拉力做的功等于拉力與位移的乘積；根據(jù)平均速度等于中間時刻的瞬時速度求解B點(diǎn)和E點(diǎn)速度，得到動能的增加量；當(dāng)總功和動能的增加量相等時動能定理得證．

解答：解：（1）①實(shí)驗(yàn)裝置圖中存在的問題有：細(xì)線與軌道平面應(yīng)該平行；初始時刻，小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計時器；
②所缺的步驟：調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度，使小車在無拉力時能在軌道上勻速運(yùn)動（或平衡摩擦力）；
③沙桶加速下降，處于失重狀態(tài)，拉力小于重力，只有當(dāng)加速度較小時可以用重力代替拉力，故應(yīng)該控制的實(shí)驗(yàn)條件是M＞＞m；
（2）拉力等于重力mg，故拉力做功為：W=mg（S₄-S₁）；
平均速度等于中間時刻的瞬時速度，故：
B點(diǎn)速度為v_B=

S2

2T

；
E點(diǎn)速度為v_E=

S5-S3

2T

；
動能增加量為：△E_k=

1

2

m

v

2 E

-

1

2

m

v

2 B

=

M

8T2

[(S5-S3)2-

S

2 2

]；
當(dāng)總功和動能的增加量相等，即W≈△E_k時，動能定理得證；
故答案為：（1）①細(xì)線與軌道平面應(yīng)該平行；初始時刻，小車應(yīng)緊靠打點(diǎn)計時器；②調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度，使小車在無拉力時能在軌道上勻速運(yùn)動（或平衡摩擦力）；③M＞＞m；
（2）mg（S₄-S₁），

M

8T2

[(S5-S3)2-

S

2 2

]，W≈△E_k．

點(diǎn)評：本題關(guān)鍵明確明確實(shí)驗(yàn)原理、誤差來源，能夠根據(jù)運(yùn)動學(xué)規(guī)律求解出動能的增加量，求解出拉力的功后進(jìn)行判斷，較難．