Question

在“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，為了提高測(cè)量的效率，現(xiàn)改用光電門(mén)來(lái)測(cè)量小車(chē)經(jīng)過(guò)不同位置時(shí)的速度大�。ü怆婇T(mén)具有計(jì)時(shí)功能，與計(jì)算機(jī)相連后通過(guò)相關(guān)軟件處理，可以直接讀出物體的瞬時(shí)速度值），同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖所示的裝置．請(qǐng)回答下列有關(guān)問(wèn)題：
（1）完成該實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有必要測(cè)量的兩個(gè)物理量是

DF

（選填字母序號(hào)）
A．小車(chē)（含遮光板）的質(zhì)量M              B．沙和沙桶的總質(zhì)量m
C．兩光電門(mén)之間的距離s                   D．小車(chē)經(jīng)兩光電門(mén)的時(shí)間間隔△t
E．小車(chē)先后經(jīng)兩光電門(mén)的瞬時(shí)速度v₁與v₂    F．墊片的厚度h
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證小車(chē)受到的拉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(shí)驗(yàn)條件是

m＜＜M

．
（3）實(shí)驗(yàn)前，某同學(xué)用以下方法來(lái)平衡摩擦力：不掛小沙桶，讓長(zhǎng)木板的左端墊上墊片，輕推小車(chē)使其沿斜面滑下，并觀察兩光電門(mén)記錄的速度是否相等，若相等，則表明已經(jīng)平衡了摩擦力，你認(rèn)為該同學(xué)的調(diào)整方法合理嗎？答：

合理

．
（4）本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

mgs=

1

2

M

v

2 1

-

1

2

M 

v

2 2

（用第（1）小題中你確定的測(cè)量物理量符號(hào)表示）．

Answer 1

分析：本實(shí)驗(yàn)要探究功與速度變化的關(guān)系，故應(yīng)能求出做功的數(shù)值及測(cè)出速度的大小；根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)量的物理量；根據(jù)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)的處理可知應(yīng)注意的事項(xiàng)及推出最終的表達(dá)式．

解答：解：（1）實(shí)驗(yàn)中由光電門(mén)可以直接得出光電門(mén)的瞬時(shí)速度，由功的計(jì)算公式求功，功主要是沙桶的拉力做功，故應(yīng)測(cè)量沙和沙桶的總質(zhì)量及小車(chē)前進(jìn)的距離；同時(shí)還需要知道小車(chē)的質(zhì)量；實(shí)驗(yàn)中無(wú)須知道小車(chē)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間間隔；并且墊片的厚度也不用測(cè)量；故不需要測(cè)量的物理量為D F．
（2）要使拉力與沙和沙桶的重力大小基本相等，小車(chē)及沙和沙桶做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)沙桶來(lái)說(shuō)，由mg-F=ma可知，沙桶的質(zhì)量相對(duì)M越小越好，即沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量  （或m＜＜M）； 
 （3）該做法是合理的，通過(guò)兩光電門(mén)的速度相等，說(shuō)明小車(chē)做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)，則小車(chē)重力的分力等于摩擦力；
 （4）小車(chē)運(yùn)動(dòng)中合外力的功為沙桶做功，即W=mgs；
而動(dòng)能的變化量為：

1

2

Mv₂²-

1

2

Mv₁²；
故由動(dòng)能定理可知：mgs=

1

2

Mv₂²-

1

2

Mv₁²；
故答案為：（1）DF； （2）m＜＜M； （3）合理；（4）mgs=

1

2

Mv₂²-

1

2

Mv₁²．

點(diǎn)評(píng)：對(duì)于實(shí)驗(yàn)題的考查一般在于考查實(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的把握、數(shù)據(jù)分析及誤差分析；在學(xué)習(xí)中要注意對(duì)原理的把握，并能靈活應(yīng)用．