Question

12．某實驗小組采用圖甲所示的裝置驗證“動能定理“．實驗中，小車碰到制動裝置時，沙桶尚未到達(dá)地面，打點計時器工作電源頻率為50Hz．

（1）在已經(jīng)正確平衡小車的摩擦力后，實驗時為了保證小車受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實驗條件是：沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．（填“遠(yuǎn)小于“、“等于”或“遠(yuǎn)大于”）
（2）圖乙是沙和沙桶質(zhì)量為0.03kg時得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點0及A、B、C、D和E五個計數(shù)點，可測得各計數(shù)點到O的距離s如表，請計算出計時器打下C點時小車的瞬時速度v_e=0.49m/s．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
紙帶的測量結(jié)果

測量點	0	A	B	C	D	E
s/cm	0.00	1.51	3.20	5.06	7.15	9.41

（3）根據(jù)上述的測量數(shù)據(jù)，要驗證“動能定理”還需要測量的物理量是小車的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）當(dāng)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車資料時可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于沙與沙桶的重力，根據(jù)實驗注意事項分析答題．
（2）應(yīng)用勻變速直線運動的推論求出打出C點的速度．
（3）驗證動能定理應(yīng)求出合外力的功與小車的動能變化量，根據(jù)實驗原理分析需要測量的量．

解答 解：（1）當(dāng)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車資料時可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于沙與沙桶的重力，為了保證小車受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實驗條件是：沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（2）做勻變速直線運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于其中間時刻的瞬時速度，打下C點時小車的瞬時速度：v_C=$\frac{BD}{{t}_{BD}}$=$\frac{（7.15-3.20）×1{0}^{-2}m}{4×0.02s}$≈0.49m/s．
（3）驗證動能定理實驗需要求出合外力的功與物體動能的變化量，要求出小車動能的變化量除測出小車受到外海需要測出小車質(zhì)量．
故答案為：（1）遠(yuǎn)小于；（2）0.49；（3）小車的質(zhì)量．

點評 本題考查了實驗注意事項、實驗數(shù)據(jù)處理等問題，分析清楚圖示實驗裝置明確實驗原理是解題的前提，應(yīng)用勻變速直線運動的推論可以求出小車的瞬時速度．