Question

20．一同學在實驗室用如圖1所示的裝置來研究牛頓第二定律和有關做功的問題．

（1）在沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量條件下，可以認為繩對小車的拉力近似等于沙和沙桶的總重力．
（2）在此實驗中，此同學先接通計時器的電源，再釋放小車，如圖2是在m=100g，M=1kg 情況下打出的一條紙帶，O為起點，A、B、C為紙帶上的三個相鄰的計數(shù)點，相鄰的計數(shù)點之間有四個點沒有標出，有關數(shù)據(jù)如圖，則打B點時小車的動能為E_K=0.50J．（保留兩位有效數(shù)字）
（3）從開始運動到打擊8點時，繩的拉力對小車做功W=0.505J．（保留3位有效數(shù)字） （g=9.8m/s²）

Answer 1

分析 正確應用打點計時器，了解電火花計時器和電磁打點計時器的區(qū)別，知道在該實驗中如何平衡摩擦力以及平衡摩擦力的方法；明確繩對小車的拉力近似等于沙和沙桶的總重力的條件；熟練應用勻變速直線運動的推論解決實驗問題；正確應用功能關系，明確選用驗證的各個物理量之間的關系．

解答 解：（1）設繩子上拉力為F，對小車根據(jù)牛頓第二定律有：
F=Ma    ①
對砂桶和砂有：mg-F=ma   ②
$F=\frac{M•mg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，由此可知當m《M，砂和砂桶的重力等于繩子的拉力，本實驗采用控制變量法，當保持M（小車質(zhì)量）不變時，可以探究加速度與合力的關系．
（2）由題意可知：x₁=（51.55-42.05）cm=9.5cm，x₂=（62.00-51.55）cm=10.45cm，計數(shù)點之間時間間隔為T=0.1s．
根據(jù)勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度有：${v}_{B}=\frac{{x}_{C}-{x}_{A}}{2T}=\frac{0.6200-0.4200}{2×0.1}m/s═1.00$m/s
小車的動能：${E}_{k}=\frac{1}{2}M{v}_{B}^{2}=\frac{1}{2}×1×{1.00}^{2}J=0.50$J
故答案為：0.95； 1.0．
（3）系統(tǒng)重力勢能的減小量為：△E_P=mgh_B
△E_P=0.100×9.8×0.5150J=0.505J
故答案為：（1）沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量．（2）0.50；（3）0.505

點評 解決實驗問題的關鍵是明確實驗原理，同時熟練應用基本物理規(guī)律解決實驗問題，要明白公式的△x=aT²的推導和應用，知道為什么沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量時沙和沙桶的重力可以認為等于小車的拉力，對于基本知識規(guī)律不但明白是什么還要知道為什么．