Question

【题目】某兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理．

（1）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是________（选填“甲”或“乙”）．

（2）消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器50Hz电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA=_____ m/s．

（3）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L．小车动能的变化量可用ΔEk=算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；实验中，小车的质量应______（选填“远大于”“远小于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W=mgL算出．多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理．

Answer 1

【答案】乙 0.31（0.30~0.33） 远大于

【解析】

(1)甲同学的方案中，沙子和盘的总重力等于最大静摩擦力，乙同学方案中，沙子和盘的总重力等于滑动摩擦力；

(2)匀变速直线运动中，中间时刻速度等于平均速度；

(3)只有当小车的质量远大于砝码、砝码盘和沙子总质量时，绳子的拉力F才近似等于砝码的重力。

(1)[1]只有小车做匀速直线运动，才能够判断摩擦力与沙子和盘的总重力相等，才能消除摩擦力的影响，所以乙同学的看法正确；

(2)[2]实际打点的周期：

以A点为中间时刻，用毫米刻度尺测4个时间段的位移为，则A点速度：

(3)[3]对小车应用牛顿第二定律：

对砝码应用牛顿第二定律：

两式联立解得：，只有满足：，这样，小车所受合力做的功才可用W=mgL算出。