Question

12．某实验小组采用图甲所示的装置验证“动能定理“．实验中，小车碰到制动装置时，沙桶尚未到达地面，打点计时器工作电源频率为50Hz．

（1）在已经正确平衡小车的摩擦力后，实验时为了保证小车受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是：沙和沙桶的总质量远小于小车的质量．（填“远小于“、“等于”或“远大于”）
（2）图乙是沙和沙桶质量为0.03kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点，可测得各计数点到O的距离s如表，请计算出计时器打下C点时小车的瞬时速度v_e=0.49m/s．（结果保留两位有效数字）
纸带的测量结果

测量点	0	A	B	C	D	E
s/cm	0.00	1.51	3.20	5.06	7.15	9.41

（3）根据上述的测量数据，要验证“动能定理”还需要测量的物理量是小车的质量．

Answer 1

分析 （1）当沙和沙桶的总质量远小于小车资料时可以近似认为小车受到的拉力等于沙与沙桶的重力，根据实验注意事项分析答题．
（2）应用匀变速直线运动的推论求出打出C点的速度．
（3）验证动能定理应求出合外力的功与小车的动能变化量，根据实验原理分析需要测量的量．

解答 解：（1）当沙和沙桶的总质量远小于小车资料时可以近似认为小车受到的拉力等于沙与沙桶的重力，为了保证小车受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是：沙和沙桶的总质量远小于小车的质量．
（2）做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于其中间时刻的瞬时速度，打下C点时小车的瞬时速度：v_C=$\frac{BD}{{t}_{BD}}$=$\frac{（7.15-3.20）×1{0}^{-2}m}{4×0.02s}$≈0.49m/s．
（3）验证动能定理实验需要求出合外力的功与物体动能的变化量，要求出小车动能的变化量除测出小车受到外海需要测出小车质量．
故答案为：（1）远小于；（2）0.49；（3）小车的质量．

点评 本题考查了实验注意事项、实验数据处理等问题，分析清楚图示实验装置明确实验原理是解题的前提，应用匀变速直线运动的推论可以求出小车的瞬时速度．