Question

17．用如图甲所示的实验装置做“探究合力做功与动能变化的关系”实验．请补充完整下列实验步骤的相关内容：

（1）先用天平测出小车和遮光片的总质量为 M、砝码盘的质量为m₀；用20分度的游标卡尺测量遮光片的宽度d，如图乙所示，其示数为5.25mm；按图甲所不安装好实验装置，用刻度尺测量两光电门之间的距离x；
（2）在砝码盘中放入适量的砝码；适当调节长木板的倾角，直到向右轻推小车遮光片先后通过光电门A和光电门B的时间相等；
（3）只取下砝码，已经连好的细线和砝码盘不动，记下取下的砝码总质量m（填写相应物理量及其符号）；
（4）再次让小车拉着砝码盘从靠近滑轮处由静止释放，记录遮光片通过光电门 A和光电门B所用的时间t_A和t_B；
（5）在上述步骤中，根据实验所测的物理量，探究合力做功与动能变化关系的表达式为：$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{B}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{B}}$）²=mgx（重力加速度为g）；
（6）改变砝码盘中砝码的质量，重复（2）～（ 5）步骤；
（ 7 ）本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是BD
A．尽量减小两光电门间的距离x
B．调整滑轮，尽量使细线与长木板平行
C．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量
D．遮光片的宽度 d适当窄一些．

Answer 1

分析 游标卡尺读数的方法，主尺读数加上游标读数，不需估读．遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等，此时小车做匀速运动，
取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m，取下细绳和砝码盘后，小车受到的合力即为砝码盘和盘中砝码的总重力，由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度，从而求出动能的变化量．

解答 解：（1）游标卡尺的主尺读数为：5mm，游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为5×0.05mm=0.25mm，
所以最终读数为：5mm+0.25mm=5.25mm．
（3）在砝码盘中放入适量砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等，此时小车做匀速运动，
取下细绳和砝码盘，记下取下的砝码盘的总质量m，
（5）取下砝码后，小车受到的合力等于砝码重力，
小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W_合=mgx，
由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．
滑块通过光电门1速度v_A=$\frac{d}{{t}_{A}}$，滑块通过光电门2速度v_B=$\frac{d}{{t}_{B}}$，
小车动能变化量△E_k=$\frac{1}{2}$Mv_B²-$\frac{1}{2}$Mv_A²=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{B}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{B}}$）²，
实验需要验证的表达式是：$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{B}}$）²-$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{{t}_{B}}$）²=mgx
（7）A、尽量增大两光电门间的距离s，距离大一些，误差小一些，故A错误；
B、调整滑轮，使细线与长木板平行，否则撤去绳子后，合力不等于绳子拉力，故B正确；
C、本实验没有用砝码盘和盘中砝码的重力代替绳子的拉力，不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，故C错误．
D、本实验用遮光片通过光电门时的平均速度作为小车的瞬时速度，遮光片的宽度d越小，平均速度越接近瞬时速度，遮光片的宽度 d适当窄一些可以减小实验误差，故D正确；
故选：BD．
故答案为：（1）0.525；（3）取下的砝码的总质量m；（5）mgx；（7）BD．

点评 对常见的几种测量长度工具要熟悉运用，并能正确读数；光电门测量瞬时速度是实验中常用的方法．由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．