Question

16．某實(shí)驗(yàn)小組探究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系，他們將寬度一定的擋光片固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過一個(gè)定滑輪與砝碼盤相連，在水平桌面上的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)光電門，記錄小車通過A、B位置時(shí)的遮光時(shí)間，小車中可以放置砝碼．
（1）實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：
①實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將木板左端略微抬高，使小車通過兩光電門的遮光時(shí)間相等，這樣做的目的是平衡摩擦力；
②用長(zhǎng)度測(cè)量工具游標(biāo)卡尺測(cè)量擋光片寬度為d，再用刻度尺量得A、B之間的距離為L(zhǎng)；
③將小車停在C點(diǎn)，在砝碼盤中放上砝碼，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄此時(shí)小車（含擋光片及車中砝碼）的質(zhì)量為M，砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m，小車通過A、B的遮光時(shí)間分別為t₁、t₂，已知重力加速度為g，則可以得到A至B過程中小車的合外力做功為mgL，小車的動(dòng)能變化量為$\frac{1}{2}M{（\fracsvdxunv{{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\fracpafynco{{t}_{1}}）}^{2}$（用相應(yīng)的字母m、M、t₁、t₂、L、d表示）；
④在小車中增減砝碼或在砝碼盤中增減砝碼，重復(fù)③的操作．
（2）為了實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到預(yù)期效果，步驟③中M、m應(yīng)滿足的條件是M遠(yuǎn)大于m．

Answer 1

分析 （1）為了使繩子拉力充當(dāng)合力，即細(xì)線拉力做的功等于合力對(duì)小車做的功應(yīng)先平衡摩擦力．
（2）小車合力做的功等于砝碼盤和盤中砝碼的重力做的功，根據(jù)$v=\fracspugspy{t}$求出小車通過AB兩點(diǎn)的速度，從而求出動(dòng)能的變化率；
（3）只有當(dāng)M遠(yuǎn)大于m時(shí)，砝碼盤和盤中砝碼的重力才等于繩子的拉力．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將木板左端略微抬高，使小車通過兩光電門的遮光時(shí)間相等的目的是平衡摩擦力，小車受到的拉力等于其合力，細(xì)線的拉力對(duì)小車做的功等于合力對(duì)小車做的功；
（2）A至B過程中小車的合外力做功等于砝碼盤和盤中砝碼受到的重力做功，即W=mgL，
小車通過A時(shí)的速度：v_A=$\fracfrrrdha{{t}_{1}}$，小車通過B時(shí)的速度：v_B=$\fraczamjvpm{{t}_{2}}$；
則小車通過A、B過程中動(dòng)能的變化量△E=$\frac{1}{2}$Mv_B²-$\frac{1}{2}$Mv_A²=$\frac{1}{2}M（\fracdrstcra{{t}_{2}}）^{2}-\frac{1}{2}M（\frackstdafy{{t}_{1}}）^{2}$；
（3）只有當(dāng)M遠(yuǎn)大于m時(shí)，砝碼盤和盤中砝碼的重力才等于繩子的拉力，即滿足M遠(yuǎn)大于m時(shí)可以用砝碼盤和盤中砝碼的重力做的功代替小車合力做的功．
故答案為：（1）①平衡摩擦力；③mgL；$\frac{1}{2}M{（\fracsoltqtu{{t}_{2}}）}^{2}-\frac{1}{2}M{（\fracdttkaxf{{t}_{1}}）}^{2}$；（2）M遠(yuǎn)大于m．

點(diǎn)評(píng) 這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)于我們可能是一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)，但該實(shí)驗(yàn)的原理都是我們學(xué)過的物理規(guī)律．做任何實(shí)驗(yàn)問題還是要從最基本的物理規(guī)律入手去解決．對(duì)于系統(tǒng)問題處理時(shí)我們要清楚系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)物體能的變化，注意重物重力代替繩子拉力的條件．