Question

16．科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開科學(xué)探究，而科學(xué)探究可以分為理論探究和實(shí)驗(yàn)探究．下面我們追尋科學(xué)家的研究足跡用兩種方法探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系．
Ⅰ．理論探究：
根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和有關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，推導(dǎo)在恒定合外力的作用下，功與物體動(dòng)能變化間的關(guān)系，請(qǐng)?jiān)谙旅娴奈恢脤懗瞿愕耐茖?dǎo)過程：W_合=$\frac{1}{2}$mv₂²-$\frac{1}{2}$mv₁²．
Ⅱ．實(shí)驗(yàn)探究：
①某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案如圖1所示，他想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(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)該采取的兩項(xiàng)措施是：
a．平衡摩擦力；
b．鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量；
②如圖2所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T．距離如圖．則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度為$\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$；要驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系，除位移、速度外，還要測(cè)出的物理量有鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量．

Answer 1

分析 （I）小車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受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；其次：設(shè)小車加速度為a，則：繩上的力為F=Ma，對(duì)鉤碼來說：mg-Ma=ma，即：mg=（M+m）a，如果用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，則Ma=（M+m）a，必須要滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量．
（II）C是BD的中間時(shí)刻，所以C點(diǎn)的速度就等于BD過程中的平均速度．
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重力和小車的總質(zhì)量．

解答 解：I、推導(dǎo)：牛頓第二定律得F_合=ma，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得v₂²-v₁²=2ax，由功的定義式
W_合=F_合x，三式聯(lián)立得W_合=$\frac{1}{2}$mv₂²-$\frac{1}{2}$mv₁²；
Ⅱ、①小車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受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
其次：設(shè)小車質(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)小于小車的總質(zhì)量，這樣兩者才能近似相等．
②C是BD的中間時(shí)刻，所以C點(diǎn)的速度就等于BD過程中的平均速度：即：v_C=$\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$；
驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系只需驗(yàn)證：mgx=$\frac{1}{2}$Mv²，要驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系，除位移、速度外，還要測(cè)出的物理量有鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量．
故答案為：Ⅰ、W_合=$\frac{1}{2}$mv₂²-$\frac{1}{2}$mv₁²；Ⅱ①a．平衡摩擦力；b．鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量；  ②$\frac{△{x}_{2}+△{x}_{3}}{2T}$； 鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量．

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)．