Question

8．某物理小组利用如图甲所示的装置进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验．试分析下列问题：

（1）为平衡小车在实验中受到的摩擦力，可取下细绳及托盘，通过调整垫片位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速运动（选填“匀速”或“匀加速”）．
（2）图乙是实验中选出的一条纸带，O点为小车运动起始时所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．他们通过计算得出本次实验中小车所受细线拉力为0.2N，测出小车质量为0.2kg，请完成下列问题：
①当打点计时器打下计数点F点时，合外力对小车做的功为W=0.1115J，小车动能的变化量△E_k=0.1105J（计算结果均保留四位有效数字）．
②他们计算出打点计时器分别打下B、C、D、E、F五个计数点时，合外力对小车做的功W以及小车相应的动能变化量△E_k，最后得到了如图丙所示的W-△E_k图象．根据图象可知：在实验误差范围内，合外力对小车做的功等于（选填“大于”、“等于”或“小于”）小车动能的变化量．

Answer 1

分析 （1）小车做匀速直线运动，相等时间内的位移相等；
（2）合力的功等于拉力与位移的乘积；F点速度等于EG段的平均速度，求解出速度后再求解动能；

解答 解：（1）为保证拉力等于小车受到的合力，需平衡摩擦力，当纸带上每2个点之间的距离相等时，小车做匀速直线运动；
（2）①拉力的功为：W=F•x_OF=0.2N×0.5575m=0.1115J；
F点的瞬时速度为：${v}_{F}=\frac{{x}_{EG}}{2T}=\frac{0.6677-0.4575}{0.2}$=1.051m/s；
故F点的动能为${E}_{K}=\frac{1}{2}m{{v}_{F}}^{2}=\frac{1}{2}×0.2{×1.051}^{2}$=0.1105J
小车动能的变化量△E_k=E_K-0=0.1105J
②根据图丙所示的W-△E_k图象可知：在实验误差范围内，合外力对小车做的功等于小车动能的变化量．
故答案为：（1）匀速；（2）①0.1115；0.1105；②等于

点评 本题关键是明确实验原理，会通过纸带求解速度，注意掌握求功的表达式，及单位统一与有效数字的保留．