Question

15．某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌面上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量研究繩的拉力做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系．此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、刻度尺、天平（包括砝碼）．實(shí)驗(yàn)裝置如圖：
請(qǐng)按要求完成下列問題：
①實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳�小車的�?xì)繩與木板平行．他這樣做的目的是D
A．避免小車在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生抖動(dòng)
B．可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰
C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)
D．可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力．
②他將鉤碼重力做的功當(dāng)做細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)理論計(jì)算后發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的CD
A．在接通電源的同時(shí)釋放了小車
B．未滿足M》m的條件
C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉
D．鉤碼做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力
（3）這個(gè)裝置還可以測定動(dòng)摩擦因數(shù)，在不平衡摩擦力的情況下鉤碼下落的位移鉤碼和小車的速度都可以從紙帶上測出，設(shè)小車與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，小車發(fā)生的位移為s，小車質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m，小車的瞬時(shí)速度為v，則μ=$\frac{mgs-\frac{1}{2}（m+M）{v}^{2}}{Mgs}$．

Answer 1

分析 ①根據(jù)該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、要求和減少誤差的角度分析，平衡摩擦力作用后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中需要用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)的距離，用天平測出小車的質(zhì)量，需要改變砝碼的質(zhì)量來代替小車的拉力．
②根據(jù)W=mgs求出砂桶及砂的總重力做功，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速度等于中點(diǎn)時(shí)刻的瞬時(shí)速度求兩點(diǎn)的速度，即可得到動(dòng)能的變化量，從而寫出探究結(jié)果表達(dá)式，根據(jù)此表達(dá)式分析所需要的測量儀器；
③根據(jù)動(dòng)能定理，結(jié)合摩擦力做負(fù)功，即可求解．

解答 解：①實(shí)驗(yàn)過程中，為減少誤差，提高實(shí)驗(yàn)的精確度，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳�小車的�?xì)繩與木板平行，目的是消除摩擦帶來的誤差，即平衡摩擦力后，使細(xì)繩的拉力等于小車的合力，故ABC錯(cuò)誤，D正確．
故選：D．
②他將鉤碼重力做的功當(dāng)做細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些，從功能關(guān)系看出：該實(shí)驗(yàn)一定有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的，即試驗(yàn) 中有存在摩擦力沒有被平衡掉；還有該實(shí)驗(yàn)要求，只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量時(shí)，小車的拉力才近似等于砝碼的重力，故AB錯(cuò)誤，CD正確．
③根據(jù)動(dòng)能定理，小車從靜止到速度為v過程中，則有：$\frac{1}{2}（m+M{）v}^{2}=mgs-μMgs$；
解得：μ=$\frac{mgs-\frac{1}{2}（m+M）{v}^{2}}{Mgs}$；
故答案為：①D；②CD；③$\frac{mgs-\frac{1}{2}（m+M）{v}^{2}}{Mgs}$．

點(diǎn)評(píng) 明確實(shí)驗(yàn)原理往往是解決實(shí)驗(yàn)問題的關(guān)鍵，該實(shí)驗(yàn)的一些操作和要求與探究力、加速度、質(zhì)量之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)類似可以類比學(xué)習(xí)．