Question

5．某兴趣小组利用如图甲所示实验装置，验证“合外力做功和动能变化的关系”．小车及车中砝码的质量为M，沙桶和沙的质量为m，在木板上的小车的运动速度可由小车后面拉动的纸带经打点计时器打出的点计算得到．

（1）在实验中，下列说法正确的有AD．
A．将木板的右端适当垫起，以平衡小车的摩擦力
B．每次改变小车的质量时，都要重新平衡摩擦力
C．平衡摩擦力的过程中打点计时器不需接通电源
D．该实验不一定要满足M远大于m
（2）如图乙所示是某次实验时得到的一条纸带，O点为由静止开始释放时沙桶纸带上打的第一个点，速度为0．相邻两个计数点之间的时间间隔为T，根据此纸带可得出小车通过计数点D时的速度v_D=$\frac{{s}_{5}-{s}_{3}}{2T}$．
（3）若用O、D两点来研究合外力做功和动能变化的关系，需要验证的关系式为：mgs₄=$\frac{1}{8{T}^{2}}$（M+m）[（s₅-s₃）²]（用所测物理量的符号表示）．

Answer 1

分析 （1）根据实验的原理即可正确解答；
（2）由平均速度公式可求得D点的速度；
（3）根据“探究加速度与力、质量的关系”实验原理结合图象特点即可正确回答．

解答 解：（1）A、若用砂和小桶的总重力表示小车受到的合力，为了减少这种做法带来的实验误差，必须使长木板左端抬起一个合适的角度，以平衡摩擦力，以保证合外力等于绳子的拉力，但不需要每次都平衡摩擦力；故A正确，B错误；
C、为了准确判断纸带是否做匀速运动，同时由于打点时存在摩擦力，故在判断时应接通电源后判断是否已平衡摩擦力； 故C错误；
D、本实验中考虑到沙桶重力势能的改变量，故不需要让其质量远小于小车的质量，故D正确；
故选：AD；
（2）根据匀变速直线运动的特点，D点的速度等于CE之间的平均速度，所以：V_D=$\frac{{s}_{5}-{s}_{3}}{2T}$
（3）B到E之间重力势能减小：△E_P=mgs₅
动能增大：△E_k=$\frac{1}{2}$Mv_E
需要验证的是：mgs₄=$\frac{1}{8{T}^{2}}$（M+m）[（s₅-s₃）²]
故答案为：（1）AD；（2）$\frac{{s}_{6}-{s}_{4}}{2T}$；（3）mgs₄=$\frac{1}{8{T}^{2}}$（M+m）[（s₅-s₃）²]

点评 本题考查“探究恒力做功与动能改变的关系”，本实验与“探究加速度与力、质量的关系”有很多类似之处，在平时学习中要善于总结、比较，提高对实验的理解能力．