Question

19．某同學用如圖所示的實驗裝置來做“探究合外力做功與速度關系”實驗．若用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小，在長木板上相距L的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，分別記錄小車到達A、B時的速率．

（1）實驗時是否要控制小桶與砝碼的質量m要遠遠小于小車的質量M？否．（填“是”或“否”）
（2）在平衡摩擦力時，具體操作為將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，即通過兩個光電門的時間相等．
（3）把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與砝碼桶（內(nèi)有砝碼）相連；接通電源后自C點釋放小車，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力F的大小及小車分別到達A、B時的速率v_A、v_B；改變所掛砝碼的質量，重復上述操作．以拉力F為橫坐標，以$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}$為縱坐標，在坐標紙上作出如圖所示的$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}$-F關系圖線．根據(jù)圖線可得出的實驗結論為合外力做的功等于物體動能的變化量；若L已知，根據(jù)圖線可以求出小車的質量M為$\frac{Lb}{a}$．

Answer 1

分析 （1）若需要用小桶與砝碼的代替小車受到的重力，則需要滿足小桶與砝碼的質量m要遠遠小于小車的質量M，若不需要用小桶與砝碼的代替小車受到的重力，則不必滿足此條件；
（2）確定是否平衡到摩擦力的依據(jù)就是輕推小車，是小車拖著紙帶做勻速直線運動；
（3）根據(jù)動能定理寫出$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}$關于F的表達式，結合圖象分析即可．

解答 解：（1）用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小，不需要用小桶與砝碼的代替，因此不需要小桶與砝碼的總質量遠小于車的質量；
（2）將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，即通過兩個光電門的時間相等，以使小車的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小車的合力就是繩子的拉力．
（3）根據(jù)動能定理得：FL=$\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}$，解得：$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}=\frac{L}{M}F$，
根據(jù)圖象可知，$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}$與F成正比，則可以說明合外力做的功等于物體動能的變化量，
根據(jù)圖象可知：斜率k=$\frac{a}=\frac{L}{M}$，解得：M=$\frac{Lb}{a}$
故答案為：（1）否；（2）將不帶滑輪的木板一端適當墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運動，即通過兩個光電門的時間相等；（3）合外力做的功等于物體動能的變化量；$\frac{Lb}{a}$

點評 實驗問題需要結合物理規(guī)律去解決，知道平衡摩擦力的方法，明確試驗中為什么有時要滿足M＞＞m，有時又不需要滿足，難度適中．