Question

3．在探宄“恒力做功和物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖1所示．則：

（1）該實(shí)驗(yàn)用鉤碼的重力表示小車(chē)受到的合外力，在安裝時(shí)首先要平衡摩擦力，其次鉤碼和小車(chē)還需要滿足的條件是鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車(chē)的總重力．
（2）實(shí)驗(yàn)中，除位移、速度、小車(chē)的質(zhì)量外，還要測(cè)出的物理量有鉤碼的重力和小車(chē)的總質(zhì)量．
（3）在上述實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz．某同學(xué)打出的一段紙帶如圖2所示，則小車(chē)穩(wěn)定勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為1.40m/s．（計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，想用鉤碼的重力表示小車(chē)受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；必須要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的總質(zhì)量，否則若用鉤碼的重力表示合外力，誤差將會(huì)很大．
（2）驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系的原理：mgx=$\frac{1}{2}$Mv²，由此可知還要測(cè)出的物理量有鉤碼的質(zhì)量和小車(chē)的總質(zhì)量，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知需要測(cè)量的數(shù)據(jù)．
（3）小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上點(diǎn)距均勻，因此根據(jù)刻度尺的示數(shù)可以求出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大�。�

解答 解：（1）小車(chē)在水平方向上受繩的拉力和摩擦力，想用鉤碼的重力表示小車(chē)受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
其次：設(shè)小車(chē)質(zhì)量M，鉤碼質(zhì)量m，整體的加速度為a，繩上的拉力為F，則：對(duì)小車(chē)有：F=Ma；
對(duì)鉤碼有：mg-F=ma，即：mg=（M+m）a；
如果用鉤碼的重力表示小車(chē)受到的合外力，則要求：Ma=（M+m）a，必須要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的總質(zhì)量，這樣兩者才能近似相等．
故答案為：平衡摩擦力，鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車(chē)的總重力．
（2）驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系的原理：mgx=$\frac{1}{2}$Mv²，需要測(cè)量的物理量有：鉤碼質(zhì)量m，小車(chē)的質(zhì)量M，位移x，速度v．所以還要測(cè)出的物理量有鉤碼的質(zhì)量和小車(chē)的總質(zhì)量．
故答案為：鉤碼的重力和小車(chē)的總質(zhì)量．
（3）最后勻速的讀數(shù)就為最大速度，由紙帶可知，CE之間的速度即為最后勻速速度
v=$\frac{{x}_{CE}}{2T}$=$\frac{0.13-0.074}{2×0.02}$≈1.40m/s
故答案為：（1）平衡摩擦力，鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車(chē)的總重力；（2）鉤碼的重力和小車(chē)的總質(zhì)量；（3）1.40．

點(diǎn)評(píng) 要明確此題在驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系中用到的原理，圍繞原理，記憶需要測(cè)量的物理量及實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)．