Question

5．某研究性學習小組設計了利用力傳感器和光電門傳感器探究“動能定理”的實驗，他們將力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線通過一個定滑輪與重物G相連，用力傳感器記錄小車受到拉力的大小．在水平軌道上A、B兩點各固定一個光電門傳感器，用于測量小車通過A、B兩點時的速度v₁和v₂，如圖所示．在小車上增減砝碼來改變小車質量，用不同的重物G來改變拉力的大小，摩擦力不計．
（1）實驗主要步驟如下：

次數	M/kg	$（{v}_{2}^{2}-{v}_{1}^{2}）$/m2s-2	△Εk/J	F/N	W/J
1	0.500	0.760	0.190	0.400	0.200
2	0.500	1.65	0.413	0.840	0.420
3	0.500	2.40	△Ε3	1.22	W3
4	1.00	2.40	1.20	2.42	1.21
5	1.00	2.84	1.42	2.86	1.43

①測量小車和拉力傳感器的總質量M₁，把細線的一端固定在力傳感器上，另一端通過定滑輪與重物G相連，正確連接所需電路；
②將小車停在點C，由靜止開始釋放小車，小車在細線拉動下運動．除了光電門傳感器測量速度和力傳感器測量拉力的數據以外，還應該記錄的物理量為兩光電門間的距離；
③改變小車的質量或重物的質量，重復②的操作．
（2）表格中M是M₁與小車中砝碼質量之和，△Ε_k為動能變化量，F是拉力傳感器的示數，W是F在A、B間所做的功．表中的△Ε₃=0.600J，W₃=0.610J（結果保留三位有效數字）．
（3）根據上述實驗數據可以得出的實驗結論：在實驗誤差允許的范圍內，物體所受合外力的功等于動能的變化量．

Answer 1

分析 要探究動能定理就需要求出力對小車做的總功和小車動能的變化，這就要求必須知道小車發生的位移即兩光電門間距離，根據實驗原理分析即可．

解答 解：（1）根據動能定理知因要求總功必須已知小車位移，故除了光電門傳感器測量速度和力傳感器測量拉力的數據以外，還應該記錄的物理量為兩光電門間的距離L．
（2）由△E=$\frac{1}{2}M{{v}_{2}}^{2}-\frac{1}{2}M{{v}_{1}}^{2}$
得$△{E}_{3}=\frac{1}{2}×$0.500×2.40=0.600J，
根據表中數據由功公式W=FL，可求出兩光電門間距離L=$\frac{W}{F}$=0.5m，所以W₃=F₃L=1.22×0.5J=0.610J．
（3）根據上述實驗數據可以得出的實驗結論：在實驗誤差允許的范圍內，物體所受合外力的功等于動能的變化量．
故答案為：（1）兩光電門間的距離；（2）0.600J，0.610J；（3）在實驗誤差允許的范圍內，物體所受合外力的功等于動能的變化量．

點評 做實驗題時應先根據實驗原理寫出有關公式再討論即可，同時理解動能定理的應用，注意光電門測量瞬時速度的原理．