Question

5．某實驗小組采用如圖所示的裝置探究“探究做功和物體動能變化間的關系”，圖中桌面水平放置，小車可放置砝碼，實驗中小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面．

①實驗的部分步驟如下：
a．在小車放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細繩連接小車和鉤碼；
b．將小車停在打點計時器附近，接通電源，釋放小車，小車拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一列點，
斷開開關；
c．改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復第二步的操作．
②如圖2所示是某次實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T則打c點時小車的速度為$\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$．要驗證合外力的功與動能變化的關系，除鉤碼和砝碼的質(zhì)量、位移、速度外，還要測出的物理量有：小車的質(zhì)量．
③某同學用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，你認為在實驗中還應該采取的兩項措施是：a．平衡摩擦力；b．重物的重力遠小于小車的總重力；
④實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖b中的圖線（其中△v²=v²-v₀²），根據(jù)圖線可獲得的結論是小車初末速度的平方差與位移成正比（或合外力做功等于物體動能的變化）．

Answer 1

分析 小車在鉤碼的作用下拖動紙帶在粗糙水平面上做加速運動，通過對紙帶計數(shù)點處理可算出各點的速度大小及發(fā)生的位移．同時測量小車的質(zhì)量與小車在粗糙水平面的摩擦力，從而可求出合力做的功與小車的動能變化關系．

解答 解：（1）實驗過程中必須先接通電源，再釋放小車，每次更換紙帶時都要關閉電源；
（2）根據(jù)平均速度等于中間時刻的瞬時速度得：${v}_{C}=\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$，
動能定理的表達式：$W=\frac{1}{2}（{M}_{車}+m）^{2}-0$，故還需要測量小車的質(zhì)量．
③用鉤碼的重力表示小車受到的合外力時，沒有考慮到小車與木板之間、紙袋與限位孔之間的摩擦力；由此需要平衡摩擦力； b．小車的加速度：$a=\frac{mg}{M+m}$，重物的質(zhì)量會影響小車的運動，故呀減小實驗的誤差，還要讓重物的重力遠小于小車的總重力；
④小車初末速度的平方差與位移成正比，即v²-v₀²=ks
要驗證“動能定理”，即$\frac{1}{2}M{v}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{0}}^{2}$，
從而得出結論：小車初末速度的平方差與位移成正比（或合外力做功等于物體動能的變化）．
故答案為：①接通電源；釋放小車；
②$\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$；小車的質(zhì)量；
③a．平衡摩擦力；  b．重物的重力遠小于小車的總重力；
④小車初末速度的平方差與位移成正比（或合外力做功等于物體動能的變化）．

點評 通過實驗來探究物體的動能定理，一是培養(yǎng)學生的動手能力，二是更能讓學生理解動能定理的內(nèi)涵．