Question

3．利用如图的装置做“探究合外力做功与物体动能变化的关系”实验，将光电门固定在轨道上的B点，用重物通过细线拉小车，细线的拉力的大小可由拉力传感器测出，小车（包括遮光条和拉力传感器）质量为M，保持小车的质量不变，改变所挂重物的质量m，进行多次实验，每次小车都从同一位置A由静止释放．
（1）完成该实验时，需要（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力；不需要（填“需要”或“不需要”）重物的质量m远小于小车（包括遮光条和拉力传感器）质量M；
（2）在正确规范操作后，实验时读出拉力传感器的示数F，测出小车的质量M，遮光条宽度d，挡光时间△t及AB间的距离L，则验证动能定理的表达式为$FL=\frac{1}{2}M（\frac{d}{△t}）_{\;}^{2}$（用测得的物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）据实验操作要求可知需要平衡摩擦力．由于传感器可以直接测量细线的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量的条件
（2）电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可以求出需要验证的关系式．

解答 解：（1）由于该实验只有绳子的拉力，所以不能有摩擦力做功，所以需要平衡摩擦力；本实验要测量小车的合力，由于传感器可以直接测量细线的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量的条件．
（3）光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度，则在B点的速度v=$\frac{d}{t}$，根据功能关系可以求出需要验证的关系式为：
FL=$\frac{1}{2}$Mv²=$\frac{1}{2}M（\frac{d}{△t}）_{\;}^{2}$．
故答案为：（1）需要，不需要；（2）$FL=\frac{1}{2}M（\frac{d}{△t}）_{\;}^{2}$

点评 了解光电门测量瞬时速度的原理，实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面，同时明确实验原理是解答实验问题的前提．