Question

15．某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用如圖1所示的裝置來研究牛頓第二定律和有關(guān)做功的問題．

（1）為了盡可能減少摩擦力的影響，計(jì)時(shí)器最好選用（填“電磁”或“電火花”）電火花式打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，同時(shí)需要將長木板的右端墊高，直到在沒有沙桶拖動(dòng)下，小車拖動(dòng)紙帶穿過計(jì)時(shí)器時(shí)能勻速直線運(yùn)動(dòng)．
（2）在沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量條件下，可以認(rèn)為繩對小車的拉力近似等于沙和沙桶的總重力，在控制M（小車的質(zhì)量）不變的情況下，可以探究加速度與合力的關(guān)系．
（3）在此實(shí)驗(yàn)中，此同學(xué)先接通計(jì)時(shí)器的電源，再放開紙帶，如圖2是在m=100g，M=1kg情況下打出的一條紙帶，O為起點(diǎn)，A、B、C為過程中的三個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)之間有四個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出，有關(guān)數(shù)據(jù)如圖所示，其中h_A=42.05cm，h_B=51.55cm，h_C=62.00cm則小車的加速度為a=0.95m/s²，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為V_B=1.0m/s．（保留2位有效數(shù)字）
（4）在此實(shí)驗(yàn)中，要驗(yàn)證沙和沙桶以及小車的系統(tǒng)機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足一個(gè)怎樣的關(guān)系式$mg{h_B}-\frac{1}{2}（m+M）v_B^2$．（用上題的符號(hào)表示，不要求計(jì)數(shù)結(jié)果）

Answer 1

分析 （1）電火花計(jì)時(shí)器摩擦小，誤差��；平衡摩擦力后，小車不受拉力時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)；
（2）在砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，可以近似認(rèn)為小車受到的拉力等于砂桶受到的重力；實(shí)驗(yàn)要注意控制變量法的應(yīng)用；
（3）做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體在某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度；做勻變速運(yùn)動(dòng)的物體在相鄰的相等時(shí)間間隔內(nèi)的位于之差是定值，△x=at²，據(jù)此求出紙帶的加速度；
（4）根據(jù)動(dòng)能定理列方程求解．

解答 解：（1）電火花計(jì)時(shí)器摩擦小，誤差��；平衡摩擦力后，小車不受拉力時(shí)勻速運(yùn)動(dòng)；
（2）砂桶質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下，可以認(rèn)為繩對小車的拉力近似等于沙和沙桶的總重力；
探究加速度與合力的關(guān)系時(shí)，應(yīng)控制小車的質(zhì)量不變，改變拉力大小，看加速度與力間有什么關(guān)系；
（3、4）由△s=aT²，得：a=$\frac{（62.00-51.55）-（51.05-42.05）}{0．{1}^{2}}$×10^-2=0.95m/s²
根據(jù)動(dòng)能定理有：mgh_B-W_f=$\frac{1}{2}$（m+M）v_B²
解得：v_B=$\frac{AC}{0.2}$=1.0m/s
解得：W_f=$mg{h_B}-\frac{1}{2}（m+M）v_B^2$
故答案為：（1）電火花 勻速直線運(yùn)動(dòng)
（2）沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 M（小車的質(zhì)量）
（3）0.95 1.0
（4）$mg{h_B}-\frac{1}{2}（m+M）v_B^2$

點(diǎn)評(píng) 要知道驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，要會(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能根據(jù)打出的紙帶求出物體的加速度、物體的瞬時(shí)速度、動(dòng)能增加量、合力的功．