Question

（2009?東城區(qū)模擬）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驗探究．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能變化間的關(guān)系．
Ⅰ．理論探究：
根據(jù)牛頓運動定律和有關(guān)運動學(xué)公式，推導(dǎo)在恒定合外力的作用下，功與物體動能變化間的關(guān)系，請寫出你的推導(dǎo)過程：
Ⅱ．實驗探究：
①某同學(xué)的實驗方案如圖乙所示，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驗誤差，你認(rèn)為在實驗中還應(yīng)該采取的兩項措施是：a．

平衡摩擦力

；b．

鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力

；
②如圖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．距離如圖．則打C點時小車的速度為

△X2+△X3

2T

；要驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系，除位移、速度外，還要測出的物理量有

鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量

．

Answer 1

分析：（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)小車加速度為a，則：繩上的力為F=Ma，對鉤碼來說：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．
（2）C是BD的中間時刻，所以C點的速度就等于BD過程中的平均速度．
（3）驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系的原理：mgx=

1

2

Mv²，需要測量的物理量有：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，由運動學(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=

1

2

mv

2 2

-

1

2

mv

2 1

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：對小車有：F=Ma；對鉤碼有：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的中間時刻，所以C點的速度就等于BD過程中的平均速度：
即：v_C=

△X2+△X3

2T

驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系只需驗證：mgx=

1

2

Mv²，要驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系，除位移、速度外，還要測出的物理量有鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量．
故答案為：I、見上面推導(dǎo)過程
Ⅱ、①a．平衡摩擦力  b．鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力
②

△X2+△X3

2T

，鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量

點評：要明確此題在驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系中用到的原理，圍繞原理，記憶需要測量的物理量及實驗時的注意事項．