Question

【題目】如圖所示，某實驗小組借用“探究加速度與力、質量的關系”的實驗裝置，進行“探究合外力做功和動能變化的關系”的實驗：

（1）使小車在砝碼和托盤的牽引下運動，以此定量探究細繩拉力做功與小車動能變化的關系。

①實驗準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙及圖所示的器材。若要完成該實驗，必需的實驗器材還有_________________。

②為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調節墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運動。

③實驗開始時，先調節木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行。這樣做的目的是____（填字母代號）。

A．避免小車在運動過程中發生抖動

B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰

C．可以保證小車最終能夠實現勻速直線運動

D．可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力

（2）連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖所示的紙帶。紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1s的相鄰計數點A，B，C，D，E，F，G。

實驗時測得小車的質量為M=200g，小車所受細繩的拉力為F=0.2N。各計數點到O的距離為s，對應時刻小車的瞬時速度為v，小車所受拉力做的功為W，小車動能的變化為。請補填表中空格（結果保留小數點后四位）。這兩個數分別是

____________ ；_____________；

分析上述數據可知：在實驗誤差允許的范圍內__________________________________。

（3）這個小組在之前的一次實驗中分析發現拉力做功總是要比小車動能增量明顯大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的______________（填字母代號）。

A．在接通電源的同時釋放了小車

B．小車釋放時離打點計時器太近

C．平衡摩擦力時長木板傾斜程度不夠

D．平衡摩擦力時長木板傾斜程度過大

（4）實驗小組進一步討論認為可以通過繪制圖線來分析實驗數據。請根據表中各計數點的實驗數據在圖中標出對應的坐標點，并畫出圖線。如圖 ____________

分析圖線為一條通過原點的直線，直線的斜率如果在實驗誤差允許的范圍內等于理論值，也可以得出相同的結論。這種方案中直線斜率表達式為k=____________（用題目中相關物理量字母表示）。

Answer 1

【答案】 （1）天平 、刻度尺 D （2）0.0915 0.0907 細繩拉力做功等于小車動能變化 （3）C （4）

【解析】（1）①根據本實驗的實驗原理，合外力所做的功等于動能的變化量，通過研究紙帶來研究小車的速度，利用天平測量小車的質量，利用砝碼的重力代替小車的合外力，所以需要刻度尺來測量紙帶上點的距離和用天平測得小車的質量，即還需要刻度尺，天平（帶砝碼）；②為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調節墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運動；③實驗過程中，為減少誤差，提高實驗的精確度，他先調節木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行，目的是消除摩擦帶來的誤差，即平衡摩擦力后，使細繩的拉力等于小車的合力，故D項正確。

（2） ，

，

分析上述數據可知：在實驗誤差允許的范圍內，細繩拉力做的功等于小車動能的變化。

（3）他將鉤碼重力做的功當做細繩拉力做的功，經多次實驗發現拉力做功總是要比小車動能增量大一些，從功能關系看出：該實驗一定有轉化為內能的機械能，即實驗中有存在摩擦力沒有被平衡掉，故C項正確。

（4）根據表中各計數點的實驗數據在圖中標出對應的坐標點，并畫出 圖線。

圖線為一條通過原點的直線，直線的斜率如果在實驗誤差允許的范圍內等于理論值，也可以得出相同的結論。根據 ，則這種方案中直線斜率表達式為 。