Question

【題目】在“探究功與速度變化的關系”的實驗中，某學習小組在實驗室組裝了如圖甲所示的裝置，他們選用的砝碼質量為m，稱得小車的質量為M，把紙帶連在小車上，細線跨過滑輪并掛上砝碼，讓小車處于靜止狀態。請回答下列問題∶

(1)要讓砝碼的重力近似等于小車的拉力，砝碼的質量應___________（填“遠大于”“近似等于”或“遠小于”）小車的質量；

(2)要讓細線的拉力近似等于小車的合力，實驗前________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力；

(3)接通打點計時器電源，釋放小車，讓砝碼帶動小車加速運動，打點計時器打出一條如圖乙所示的一條紙帶，0點為起始點，相鄰計數點間的時間間隔為T，重力加速度為g；從0點到第7點，細線拉力對小車做的功為__________J；打第7點時小車速度為__________m/s；（用題中所給的表示數據的字母表示）

(4)若遵循(1)(2)步驟進行某次實驗，得到以拉力做功W為縱坐標，以速度的平方v2為橫坐標的W-v2圖像如圖丙所示，則圖像不經過原點主要原因是____________________。

Answer 1

【答案】遠小于 需要 mg（x1+x2+x3） 操作失誤，先釋放小車，后打開電源

【解析】

(1)[1]以整體為研究對象，根據牛頓第二定律則有

解得

以為研究對象有繩子的拉力為

顯然要有，必有，故有

即要讓砝碼的重力近似等于小車的拉力，砝碼的質量應遠小于小車的質量；

(2)[2]為了實驗時小車所受的合外力等于細線的拉力，需要平衡摩擦力；

(3)[3]在打計數點0到7的過程中，細線拉力對小車做的功為

[4]根據中點時刻的速度等于平均速度，打第7點時小車速度為

(4)[5]根據動能定理則有

拉力做功時，則有

則圖像不經過原點主要原因是打點計時器打點時，小車已經運動，即操作失誤，先釋放小車，后打開電源。