Question

15．利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系．小車的質(zhì)量為M=200.0g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電．

（1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動(dòng)．
（2）掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖2所示．選擇某一點(diǎn)為O，一次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)．用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離△x，記錄在紙帶上．計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v₁=0.228m/s．
（3）將鉤碼的重力視位小車受到的拉力，取g=9.80m/s²，利用W=mg△x算出拉力對(duì)小車做的功W．利用E_k=$\frac{1}{2}$Mv²算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量△E_k．計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表．

W/×10-3J	2.45	2.92	3.35	3.81	4.26
△Ek/×10-3J	2.31	2.73	3.12	3.61	4.00

請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出△E_k-W圖象．
（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，△E_k總是略小于W．某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的．用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F=0.093N．

Answer 1

分析 （1）為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動(dòng)．
（2）根據(jù)某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度得出計(jì)數(shù)點(diǎn)1的瞬時(shí)速度．
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)作出△E_k-W圖象．
（4）對(duì)整體分析，根據(jù)牛頓第二定律得出整體的加速度，隔離分析，結(jié)合牛頓第二定律得出小車受到的實(shí)際拉力．

解答 解：（1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動(dòng)，摩擦力達(dá)到平衡．
（2）計(jì)數(shù)點(diǎn)1的瞬時(shí)速度${v}_{1}=\frac{{x}_{02}}{2T}=\frac{（2.06+2.50）×1{0}^{-2}}{0.2}$m/s=0.228m/s．
（3）根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)做出△E_k-W圖象如圖所示．
（4）對(duì)整體分析，根據(jù)牛頓第二定律得，a=$\frac{mg}{M+m}$，則小車受到的實(shí)際拉力F=$Ma=\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{0.2×0.01×9.8}{0.2+0.01}$N=0.093N．
故答案為：（1）小車做勻速運(yùn)動(dòng)
（2）0.228．
（3）
（4）0.093N

點(diǎn)評(píng) 本題考查了探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，掌握平衡摩擦力的方法，知道實(shí)驗(yàn)的原理以及誤差的來(lái)源，掌握牛頓第二定律，并能熟練運(yùn)用整體法和隔離法．