Question

7．某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌面上，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，以此定量研究小車動能變化與其所受合外力做功的關(guān)系．此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊．組裝的實驗裝置如圖所示．

①若要完成該實驗，除上述的實驗器材外，還有哪些器材需要用到刻度尺，天平．
②為了使鉤碼的重盡量接近小車所受的合外力大小，以下操作必要的是AD（選填選項前的字母）．
A．在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力
B．在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力
C．調(diào)使所加鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量
D．使所加鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量
③在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，經(jīng)多次實驗他發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大，造成這一情況的原因可能是CD（選填選項前的字母）．
A．滑輪的輪軸處有摩擦
B．小車釋放時離打點(diǎn)計時器太近
C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉
D．鉤碼做勻加速運(yùn)動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力
④該同學(xué)猜想鉤碼重力所做的功等于小車動能的增量，他分別測出小車和鉤碼的質(zhì)量為M和m，在紙帶上選取小車開始運(yùn)動的點(diǎn)O，再選擇A、B、C、D、E等點(diǎn)，測算出各點(diǎn)的速度v及其到O點(diǎn)的距離h，在測出各個需要的數(shù)據(jù)以后，他想作出v²-h圖線來驗證自己的猜想．你認(rèn)為所繪圖線滿足什么條件即可認(rèn)為驗證了該同學(xué)的猜想呢？已知當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)該實驗的實驗原理、要求和減少誤差的角度分析，平衡摩擦力作用后，進(jìn)行實驗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）實驗中還需要平衡摩擦力，以使拉力等于合外力；根據(jù)牛頓第二定律可分析鉤碼的質(zhì)量應(yīng)滿足的條件；
（3）從功能關(guān)系看出：該實驗一定有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的，即試驗中有存在摩擦力沒有被平衡掉，且注意只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量時，小車的拉力才近似等于砝碼的重力；
（4）根據(jù)動能定理分析即可．

解答 解：①根據(jù)本實驗的實驗原理是合外力所做的功等于動能的變化量，通過研究紙帶來研究小車的速度，利用天平測量小車的質(zhì)量，利用砝碼的重力代替小車的合外力，所以需要刻度尺來測量紙帶上點(diǎn)的距離和用天平測得小車的質(zhì)量，即還需要刻度尺，天平（帶砝碼）．
②實驗過程中，為減少誤差，提高實驗的精確度，消除摩擦帶來的誤差，在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力，使細(xì)繩的拉力等于小車的合力，同時還要滿足使所加鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，故AD正確．
故選：AD
③他將鉤碼重力做的功當(dāng)做細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，從功能關(guān)系看出：該實驗一定有轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的，即試驗中有存在摩擦力沒有被平衡掉，還有該實驗要求，只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量時，小車的拉力才近似等于砝碼的重力，故AB錯誤，CD正確．
故選：CD．
④根據(jù)動能定理得：
$\frac{1}{2}M{v}^{2}=mgh$
則有：${v}^{2}=\frac{2mg}{M}h$，
所繪v²-h圖線是一條過原點(diǎn)的傾斜的直線即可認(rèn)為驗證了該同學(xué)的猜想．
故答案為：①刻度尺，天平；②AD；③CD；④所繪v²-h圖線是一條過原點(diǎn)的傾斜的直線即可認(rèn)為驗證了該同學(xué)的猜想

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