Question

15．利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M=200.0g，钩码的质量为m=10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．

（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到小车做匀速运动．
（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示．选择某一点为O，一次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离△x，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v₁=0.228m/s．
（3）将钩码的重力视位小车受到的拉力，取g=9.80m/s²，利用W=mg△x算出拉力对小车做的功W．利用E_k=$\frac{1}{2}$Mv²算出小车动能，并求出动能的变化量△E_k．计算结果见下表．

W/×10-3J	2.45	2.92	3.35	3.81	4.26
△Ek/×10-3J	2.31	2.73	3.12	3.61	4.00

请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出△E_k-W图象．
（4）实验结果表明，△E_k总是略小于W．某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=0.093N．

Answer 1

分析 （1）为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到小车做匀速运动．
（2）根据某段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度得出计数点1的瞬时速度．
（3）根据表格中的数据作出△E_k-W图象．
（4）对整体分析，根据牛顿第二定律得出整体的加速度，隔离分析，结合牛顿第二定律得出小车受到的实际拉力．

解答 解：（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到小车做匀速运动，摩擦力达到平衡．
（2）计数点1的瞬时速度${v}_{1}=\frac{{x}_{02}}{2T}=\frac{（2.06+2.50）×1{0}^{-2}}{0.2}$m/s=0.228m/s．
（3）根据表格中的数据做出△E_k-W图象如图所示．
（4）对整体分析，根据牛顿第二定律得，a=$\frac{mg}{M+m}$，则小车受到的实际拉力F=$Ma=\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{0.2×0.01×9.8}{0.2+0.01}$N=0.093N．
故答案为：（1）小车做匀速运动
（2）0.228．
（3）
（4）0.093N

点评 本题考查了探究恒力做功与物体动能变化的关系，掌握平衡摩擦力的方法，知道实验的原理以及误差的来源，掌握牛顿第二定律，并能熟练运用整体法和隔离法．