Question

（2008?深圳二模）在“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材．
（1）為了用細(xì)線的拉力表示小車受到的合外力，可以改變木板的傾角，以重力的一個(gè)分力平衡小車及紙帶受到的摩擦力．簡(jiǎn)要說(shuō)明你平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)判斷方法．

在長(zhǎng)木板的右端放一個(gè)小木楔，移動(dòng)木楔的位置以改變木板的傾角，在不掛砂桶的情況下，給小車一個(gè)初速度，如果打出的紙帶點(diǎn)跡均勻，可認(rèn)為已平衡摩擦力

．
（2）用砂和砂桶的重力大小來(lái)表示小車受到的合外力，必須滿足的條件是

砂和砂桶的總質(zhì)量m應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M

．
（3）除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外，還需要的測(cè)量?jī)x器有

刻度尺、天平

．
（4）如圖2為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點(diǎn)來(lái)探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(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．請(qǐng)你用字母表示需要測(cè)量的物理量，說(shuō)明其物理意義（用文字說(shuō)明或在圖中標(biāo)明），并把探究結(jié)果的表達(dá)式寫出來(lái)．

Answer 1

分析：根據(jù)動(dòng)能定理表達(dá)式W=

1

2

m

v

2 2

-

1

2

m

v

2 1

，可知欲探究“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”，只需測(cè)量出W和

1

2

m

v 2 1

和

1

2

m

v

2 2

即可．根據(jù)牛頓第二定律可得出若使W為繩子拉力做的功，就需要平衡摩擦力，若要使拉力做的功等于沙桶重力做的功，就必須滿足m＜＜M的條件，再根據(jù)

v

t 2

=

x

t

求出

v

1

、

v

2

代入即可得出結(jié)論．

解答：解：（1）平衡摩擦力的實(shí)驗(yàn)判斷方法：在長(zhǎng)木板的右端放一個(gè)小木楔，移動(dòng)木楔的位置以改變木板的傾角，在不掛砂桶的情況下，給小車一個(gè)初速度，如果打出的紙帶點(diǎn)跡均勻，可認(rèn)為已平衡摩擦力．
（2）對(duì)小車和沙桶受力分析可得繩子拉力與沙桶重力關(guān)系為F=

M

M+m

mg，變形為F=

1

1+ m M

mg，可見(jiàn)，要使F=mg必須滿足條件m＜＜M，即砂和砂桶的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
（3）由于實(shí)驗(yàn)需要已知小車速度和質(zhì)量，故還需要的測(cè)量?jī)x器有刻度尺、天平
（4）由紙帶可知需探究表達(dá)式mgs=

1

2

mv

2 B

-

1

2

m

v

2 A

，由

v

t 2

=

x

t

可知，

v

A

=

s   1

2T

，

v

B

=

s   2

2T

，其中m為砂和砂桶的質(zhì)量，M為小車的質(zhì)量，s為A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離，

s

1

、

s

2

含義（如下圖所示）

將以上各量代入可得探究結(jié)果的表達(dá)式為mgs=

1

2

M(

s2

2T

)2-

1

2

M(

s1

2T

)2
故答案為（1）在長(zhǎng)木板的右端放一個(gè)小木楔，移動(dòng)木楔的位置以改變木板的傾角，在不掛砂桶的情況下，給小車一個(gè)初速度，如果打出的紙帶點(diǎn)跡均勻，可認(rèn)為已平衡摩擦力
        （2）砂和砂桶的總質(zhì)量m應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M
        （3）刻度尺、天平
        （4）m為砂和砂桶的質(zhì)量，M為小車的質(zhì)量，s為A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離，

s

1

、

s

2

含義（如圖所示），mgs=

1

2

M(

s2

2T

)2-

1

2

M(

s1

2T

)2

點(diǎn)評(píng)：明確“探究恒力做功與動(dòng)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．