Question

在探究“恒力做功與動能改變的關(guān)系”的實驗中，某同學(xué)采用如下圖裝置，小車質(zhì)量M，在平衡摩擦力之后，掛上重物m后，小車拖動紙帶并打出一系列的點．圖中的紙帶只是打出的紙帶的一部分，所標(biāo)注的點相鄰兩點的時間間隔為T．使用毫米刻度尺進行測量后，將數(shù)據(jù)記錄在圖中．則：（重力加速度為g）

（1）若在該實驗裝置中繩子對小車的拉力取為mg，則小車質(zhì)量M與所掛重物質(zhì)量m應(yīng)滿足什么關(guān)系

B

A、M＞m      B、M＞＞m      C、M＜m        D、M＜＜m
（2）若小車質(zhì)量M和重物質(zhì)量m滿足（1）中條件，請用題目所給各個物理量的符號計算下面問題：
b點所對應(yīng)的小車運動的動能為

M(s1+s2)2

8T2

；
從b點到e點，小車動能的增加量為

M[(s4+s5)2-(s1+s2)2]

8T2

；
從b點到e點，重物對小車做功

mg（s₂+s₃+s₄）

．

Answer 1

分析：（1）重物加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對細線的拉力小于重力，要使其對細線的拉力近似等于重力，應(yīng)該使加速度減小，即重物的質(zhì)量應(yīng)該遠小于小車的質(zhì)量；
（2）對紙帶處理得到B點和E點的速度，進一步得到動能的增加量．重物的重力近似等于細線的拉力，根據(jù)功的定義，可知從b點到e點重物對小車做功．

解答：解：（1）重物加速下滑，處于失重狀態(tài)，其對細線的拉力小于重力，設(shè)拉力為T，根據(jù)牛頓第二定律，有
對重物，有  mg-T=ma
對小車，有  T=Ma
解得
T=

M

M+m

mg
故當(dāng)M＞＞m時，有T≈mg
故：M＞＞m．
（2）小車做勻加速直線運動，紙帶上任意一點的速度等于該點前后相鄰兩點間的平均速度，
故b點速度為：v_b=

s1+s2

2T

，e點速度為：v_e=

s4+s5

2T

，
故b點所對應(yīng)的小車運動的動能為為Ekb=

1

2

Mvb2=

1

2

M(

s1+s2

2T

)2=

M(s1+s2)2

8T2

從b點到e點，小車動能的增加量為△Ek=Eke-Ekb=

1

2

Mve2-

1

2

Mvb2=

1

2

M(

s4+s5

2T

)2-

1

2

M(

s1+s2

2T

)2=

M[(s4+s5)2-(s1+s2)2]

8T2

重物的重力近似等于細線的拉力，根據(jù)功的定義，從b點到e點，重物對小車做功：W=mg（s₂+s₃+s₄）
故答案為：（1）B （2）

M(s1+s2)2

8T2

、

M[(s4+s5)2-(s1+s2)2]

8T2

、mg（s₂+s₃+s₄）．

點評：本題關(guān)鍵是根據(jù)實驗原理并結(jié)合牛頓第二定律和動能定理來確定要測量的量、實驗的具體操作方法和實驗誤差的減小方法．