Question

6．如圖所示，一端固定滑輪的長(zhǎng)木板放在桌面上，將光電門(mén)固定在木板上的B點(diǎn)，用重物通過(guò)細(xì)線拉小車(chē)，且重物與力的傳感器相連，若利用此實(shí)驗(yàn)裝置做“探究合外力做的功與物體動(dòng)能改變量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，小車(chē)質(zhì)量為M，保持小車(chē)質(zhì)量不變，改變所掛重物質(zhì)量m進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次小車(chē)都從同一位置A由靜止釋放（g取10m/s²）

①完成該實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力；
②實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)傳感器示數(shù)明顯不等于重物的重力，其原因是小車(chē)質(zhì)量M未遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量m；
③在正確規(guī)范操作后，實(shí)驗(yàn)時(shí)除了需要讀出傳感器的示數(shù)F，測(cè)出小車(chē)質(zhì)量M，還需測(cè)量的物理量有A、B間距x、通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間t及遮光條的寬度d，由實(shí)驗(yàn)得到合外力對(duì)小車(chē)做的功與小車(chē)動(dòng)能改變量的關(guān)系式為Fx=$\frac{M4keseqe^{2}}{2{t}^{2}}$（用測(cè)得的物理量表示）；
（2）利用上述圖示裝置能（填“能”或“不能”）驗(yàn)證“機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)中需要配平衡摩擦力．根據(jù)牛頓第二定律分析傳感器示數(shù)明顯不等于重物的重力的原因．
根據(jù)繩子拉力的大小，得出合力做功，根據(jù)極短時(shí)間內(nèi)的平均速度等于瞬時(shí)速度求出小車(chē)通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度，從而得出小車(chē)動(dòng)能的增加量，從而得出合力做功與小車(chē)動(dòng)能改變量的關(guān)系式．

解答 解：（1）①該實(shí)驗(yàn)探究合外力做功與動(dòng)能變化量的關(guān)系，繩子的拉力等于小車(chē)的合力，所以實(shí)驗(yàn)時(shí)需平衡摩擦力．
②對(duì)整體分析，根據(jù)牛頓第二定律得，a=$\frac{mg}{M+m}$，繩子的拉力F=$Ma=\frac{Mmg}{M+m}$＜mg，可知傳感器示數(shù)明顯不等于重物的重力，其原因是小車(chē)質(zhì)量M未大于重物質(zhì)量m．
③合外力對(duì)小車(chē)做功為Fx，動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}M{v}^{2}=\frac{1}{2}M\frac{gs8wkys^{2}}{{t}^{2}}=\frac{Ma0ugugo^{2}}{2{t}^{2}}$，探究的表達(dá)式為$Fx=\frac{Makuiymy^{2}}{2{t}^{2}}$．需要測(cè)量的物理量有：A、B的間距x、遮光條的寬度、通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間，小車(chē)的質(zhì)量M．
（2）改裝置可以驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒，系統(tǒng)重力勢(shì)能的減小量△E_p=mgx，系統(tǒng)動(dòng)能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（M+m）{v}^{2}=\frac{1}{2}（M+m）\frac{cqcocsg^{2}}{{t}^{2}}$．
故答案為：（1）①需要，②小車(chē)質(zhì)量M未遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量m，③A、B的間距x、通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間t，F(xiàn)x=$\frac{Moyiyiug^{2}}{2{t}^{2}}$．（2）能．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道實(shí)驗(yàn)的原理，通過(guò)探究的表達(dá)式，分析所需測(cè)量的物理量，難度不大．