Question

11．實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材做“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)吧沙和沙桶的總重力當(dāng)做小車所受的合外力．
①除圖中實(shí)驗(yàn)裝置儀器外，還需要從下列儀器中選擇BCD
A．秒表   B．天平  C．刻度尺  D．交流電源  E．直流電源
②為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差盡量小，在實(shí)驗(yàn)操作中，下列操作必要的是BD
A．試驗(yàn)中要先放小車后接通電源
B．在實(shí)驗(yàn)過程中要保證從沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量
C．實(shí)驗(yàn)前對裝置進(jìn)行平衡摩擦力的裝置時(shí)，需要在細(xì)線一端掛上空的沙桶
D．紙帶和細(xì)線應(yīng)與木板保持平衡
③如圖2所示，為試驗(yàn)中打出的一條織帶，現(xiàn)選取織帶中的A，B兩點(diǎn)來探究功與速度變化的關(guān)系，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T，重力加速度為g，圖中已經(jīng)表明了要測量的物理量，另外，小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，請你把要探究的結(jié)果用題中給出的字母表示出來mgx=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$

Answer 1

分析 ①由于實(shí)驗(yàn)需要測量小車速度和質(zhì)量，故還需要的測量儀器有刻度尺、天平，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源；
②解決實(shí)驗(yàn)問題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)清楚；
③恒力做功根據(jù)W=Fscosα進(jìn)行計(jì)算，用平均速度代替瞬時(shí)速度的方法求出AB兩點(diǎn)的速度，進(jìn)而求出動能的改變量．

解答 解：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要交流電源，由于實(shí)驗(yàn)需要測量小車速度，速度是使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打的紙帶計(jì)算得出的，故要測量點(diǎn)距，需要刻度尺，本實(shí)驗(yàn)還要測量質(zhì)量，故選要天平．
故選：BCD
②A、實(shí)驗(yàn)時(shí)，若先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動較快，可能會使打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故A錯誤；
B、在實(shí)驗(yàn)過程中要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，這樣才能使得砂和砂桶的總重力近似等于細(xì)繩對小車的拉力，故B正確；
C、實(shí)驗(yàn)前對裝置進(jìn)行平衡摩擦力的裝置時(shí)，不能掛上空的沙桶，故C錯誤．
D、紙帶和細(xì)線應(yīng)與木板保持平行，否則繩子拉力不等于小車受到的合力，故D正確．
故選：BD
③小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m，M遠(yuǎn)大于m．則對小車的作用力等于砂和砂桶的總重力mg，所以恒力對小車做的功可表示為：mgx．
由${v}_{\frac{t}{2}}=\frac{x}{t}$可知，${v}_{A}=\frac{{x}_{1}}{4T}$，${v}_{B}=\frac{{x}_{2}}{4T}$，所以小車動能的改變量為$△{E}_{K}=\frac{1}{2}M{{v}_{B}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{A}}^{2}$=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$，
本實(shí)驗(yàn)就是要驗(yàn)證減少的重力勢能是否等于增加的動能，即mgx=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$．
故答案為：①BCD；②BD；③mgx=$\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{2}}{4T}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\frac{{x}_{1}}{4T}）}^{2}$．

點(diǎn)評 明確“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及方法是求解本題的關(guān)鍵．對于實(shí)驗(yàn)我們要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．這樣問題我們要從實(shí)驗(yàn)原理和減少實(shí)驗(yàn)誤差方面去解決．