Question

（2008?深圳二模）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图1所示的实验装置和实验器材．
（1）为了用细线的拉力表示小车受到的合外力，可以改变木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力．简要说明你平衡摩擦力的实验判断方法．

在长木板的右端放一个小木楔，移动木楔的位置以改变木板的倾角，在不挂砂桶的情况下，给小车一个初速度，如果打出的纸带点迹均匀，可认为已平衡摩擦力

．
（2）用砂和砂桶的重力大小来表示小车受到的合外力，必须满足的条件是

砂和砂桶的总质量m应远远小于小车的质量M

．
（3）除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有

刻度尺、天平

．
（4）如图2为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究恒力做功与动能改变的关系．已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g．请你用字母表示需要测量的物理量，说明其物理意义（用文字说明或在图中标明），并把探究结果的表达式写出来．

Answer 1

分析：根据动能定理表达式W=

1

2

m

v

2 2

-

1

2

m

v

2 1

，可知欲探究“恒力做功与动能改变的关系”，只需测量出W和

1

2

m

v 2 1

和

1

2

m

v

2 2

即可．根据牛顿第二定律可得出若使W为绳子拉力做的功，就需要平衡摩擦力，若要使拉力做的功等于沙桶重力做的功，就必须满足m＜＜M的条件，再根据

v

t 2

=

x

t

求出

v

1

、

v

2

代入即可得出结论．

解答：解：（1）平衡摩擦力的实验判断方法：在长木板的右端放一个小木楔，移动木楔的位置以改变木板的倾角，在不挂砂桶的情况下，给小车一个初速度，如果打出的纸带点迹均匀，可认为已平衡摩擦力．
（2）对小车和沙桶受力分析可得绳子拉力与沙桶重力关系为F=

M

M+m

mg，变形为F=

1

1+ m M

mg，可见，要使F=mg必须满足条件m＜＜M，即砂和砂桶的总质量应远远小于小车的质量．
（3）由于实验需要已知小车速度和质量，故还需要的测量仪器有刻度尺、天平
（4）由纸带可知需探究表达式mgs=

1

2

mv

2 B

-

1

2

m

v

2 A

，由

v

t 2

=

x

t

可知，

v

A

=

s   1

2T

，

v

B

=

s   2

2T

，其中m为砂和砂桶的质量，M为小车的质量，s为A点到B点的距离，

s

1

、

s

2

含义（如下图所示）

将以上各量代入可得探究结果的表达式为mgs=

1

2

M(

s2

2T

)2-

1

2

M(

s1

2T

)2
故答案为（1）在长木板的右端放一个小木楔，移动木楔的位置以改变木板的倾角，在不挂砂桶的情况下，给小车一个初速度，如果打出的纸带点迹均匀，可认为已平衡摩擦力
        （2）砂和砂桶的总质量m应远远小于小车的质量M
        （3）刻度尺、天平
        （4）m为砂和砂桶的质量，M为小车的质量，s为A点到B点的距离，

s

1

、

s

2

含义（如图所示），mgs=

1

2

M(

s2

2T

)2-

1

2

M(

s1

2T

)2

点评：明确“探究恒力做功与动能改变的关系”实验的实验原理及方法是求解本题的关键．