Question

5．某研究性学习小组设计了利用力传感器和光电门传感器探究“动能定理”的实验，他们将力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线通过一个定滑轮与重物G相连，用力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平轨道上A、B两点各固定一个光电门传感器，用于测量小车通过A、B两点时的速度v₁和v₂，如图所示．在小车上增减砝码来改变小车质量，用不同的重物G来改变拉力的大小，摩擦力不计．
（1）实验主要步骤如下：

次数	M/kg	$（{v}_{2}^{2}-{v}_{1}^{2}）$/m2s-2	△Εk/J	F/N	W/J
1	0.500	0.760	0.190	0.400	0.200
2	0.500	1.65	0.413	0.840	0.420
3	0.500	2.40	△Ε3	1.22	W3
4	1.00	2.40	1.20	2.42	1.21
5	1.00	2.84	1.42	2.86	1.43

①测量小车和拉力传感器的总质量M₁，把细线的一端固定在力传感器上，另一端通过定滑轮与重物G相连，正确连接所需电路；
②将小车停在点C，由静止开始释放小车，小车在细线拉动下运动．除了光电门传感器测量速度和力传感器测量拉力的数据以外，还应该记录的物理量为两光电门间的距离；
③改变小车的质量或重物的质量，重复②的操作．
（2）表格中M是M₁与小车中砝码质量之和，△Ε_k为动能变化量，F是拉力传感器的示数，W是F在A、B间所做的功．表中的△Ε₃=0.600J，W₃=0.610J（结果保留三位有效数字）．
（3）根据上述实验数据可以得出的实验结论：在实验误差允许的范围内，物体所受合外力的功等于动能的变化量．

Answer 1

分析 要探究动能定理就需要求出力对小车做的总功和小车动能的变化，这就要求必须知道小车发生的位移即两光电门间距离，根据实验原理分析即可．

解答 解：（1）根据动能定理知因要求总功必须已知小车位移，故除了光电门传感器测量速度和力传感器测量拉力的数据以外，还应该记录的物理量为两光电门间的距离L．
（2）由△E=$\frac{1}{2}M{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{1}}^{2}$
得$△{E}_{3}=\frac{1}{2}×$0.500×2.40=0.600J，
根据表中数据由功公式W=FL，可求出两光电门间距离L=$\frac{W}{F}$=0.5m，所以W₃=F₃L=1.22×0.5J=0.610J．
（3）根据上述实验数据可以得出的实验结论：在实验误差允许的范围内，物体所受合外力的功等于动能的变化量．
故答案为：（1）两光电门间的距离；（2）0.600J，0.610J；（3）在实验误差允许的范围内，物体所受合外力的功等于动能的变化量．

点评 做实验题时应先根据实验原理写出有关公式再讨论即可，同时理解动能定理的应用，注意光电门测量瞬时速度的原理．