Question

19．某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來做“探究合外力做功與速度關(guān)系”實(shí)驗(yàn)．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(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，分別記錄小車到達(dá)A、B時(shí)的速率．

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)是否要控制小桶與砝碼的質(zhì)量m要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M？否．（填“是”或“否”）
（2）在平衡摩擦力時(shí)，具體操作為將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，即通過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等．
（3）把細(xì)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(diǎn)釋放小車，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力F的大小及小車分別到達(dá)A、B時(shí)的速率v_A、v_B；改變所掛砝碼的質(zhì)量，重復(fù)上述操作．以拉力F為橫坐標(biāo)，以$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}$為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上作出如圖所示的$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}$-F關(guān)系圖線．根據(jù)圖線可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為合外力做的功等于物體動(dòng)能的變化量；若L已知，根據(jù)圖線可以求出小車的質(zhì)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(zhì)量m要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)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(yùn)動(dòng)；
（3）根據(jù)動(dòng)能定理寫出$\frac{{{v}_{B}}^{2}-{{v}_{A}}^{2}}{2}$關(guān)于F的表達(dá)式，結(jié)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(zhì)量遠(yuǎn)小于車的質(zhì)量；
（2）將不帶滑輪的木板一端適當(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，即通過兩個(gè)光電門的時(shí)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(dòng)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(dòng)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(dāng)墊高，在不掛鉤碼的情況下使小車恰好做勻速運(yùn)動(dòng)，即通過兩個(gè)光電門的時(shí)間相等；（3）合外力做的功等于物體動(dòng)能的變化量；$\frac{Lb}{a}$

點(diǎn)評 實(shí)驗(yàn)問題需要結(jié)合物理規(guī)律去解決，知道平衡摩擦力的方法，明確試驗(yàn)中為什么有時(shí)要滿足M＞＞m，有時(shí)又不需要滿足，難度適中．