Question

如圖所示，利用此實驗裝置既可以探究物體做勻變速直線運動時加速度與所受合外力的關系，也可以探究合力做功和物體動能變化的關系．

（1）若想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，除需要平衡摩擦力外，你認為此實驗還應該滿足的條件是

小車（和砝碼）的質量遠大于鉤碼的質量

；
（2）如圖所示是某次探究合力做功與物體動能變化關系的實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F、G是計數點．打點計時器所加的交流電頻率為50Hz，兩相鄰計數點間還有四個點沒有畫出．打計數點B時，紙帶的瞬時速度大小為

0.53

m/s；若測得小車（含車上砝碼）的總質量為500g，鉤碼總質量為31g，則打下B點到F點的過程中合外力對小車做功為

8.1×10^-2

J（可認為小車所受合外力大小等于鉤碼重力）；在這個過程中小車（含車上砝碼）的動能變化量為

7.8×10^-2

J，由此可得結論：

在實驗誤差范圍內，合外力對物體所做的功等于物體動能的變化

．（本題所有計算結果都保留兩位有效數字，g取10m/s²）

Answer 1

分析：若使W為繩子拉力做的功，就需要平衡摩擦力，若要使拉力做的功等于沙桶重力做的功，就必須滿足m＜＜M的條件；
將砝碼重力當作小車所受合外力，根據功的定義可以正確解答，根據勻變速直線運動中時間中點的瞬時速度等于該過程中的平均速度可以求出F的速度大小，進一步求出其動能大小；

解答：解：（1）對小車和沙桶受力分析可得繩子拉力與沙桶重力關系為F=

M

M+m

mg變形為F=

1

1+ m M

mg，可見，要使F=mg必須滿足條件m＜＜M，即砂和砂桶的總質量應遠遠小于小車的質量
（2）v_B=

xAC

2×0.1s

=0.53m/s
合外力對小車做的功：W=mg?x_BF=8.1×10^-2J
v_F=

xEG

2T

公式為：△E_k=

1

2

mv_F²-

1

2

mv_B²=7.8×10^-2 J
得出的結論是：在實驗誤差范圍內，合外力對物體所做的功等于物體動能的變化 
故答案為：（1）小車（和砝碼）的質量遠大于鉤碼的質量；
（2）0.53；   8.1×10^-2；   7.8×10^-2；
在實驗誤差范圍內，合外力對物體所做的功等于物體動能的變化．

點評：明確實驗原理往往是解決實驗問題的關鍵，該實驗的一些操作和要求與探究力、加速度、質量之間關系的實驗類似可以類比學習．