Question

8．某實驗小組利用無線力傳感器和光電門傳感器探究“動能定理”．將無線力傳感器和檔光片固定在小車上，用不可伸長的細線通過一個定滑輪與重物G相連，無線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，用于測量小車的速度v₁和v₂，如圖所示．在小車上放置砝碼來改變小車質量，用不同的重物G來改變拉力的大小．
實驗主要步驟如下：
①測量小車和拉力傳感器的總質量M₁．正確連接所需電路．調節導軌兩端的旋鈕改變導軌的傾斜度，用以平衡小車的摩擦力．將小車放置在導軌上，輕推小車，使之運動．可以通過小車經過兩光電門的時間是否相等判斷小車正好做勻速運動．
②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；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．
④表格中M是M₁與小車中砝碼質量之和，△E為動能變化量，F是拉力傳感器的拉力，W是F在A、B間所做的功．表中的△E₃=0.600J，W₃=0.610J（結果保留三位有效數字）．

次數	M/kg	|v22-v12|/m2s-2	△E/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	△E3	1.22	W3

Answer 1

分析 ①根據速度公式v=$\fracp9vv5xb5{t}$可知，因擋片間距一定，則可根據時間來確定小車是否勻速直線運動．
②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．
④（2）根據動能的變化量△E=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²，代入數據求解△E₃．根據功的公式W=FL求解W₃．

解答 解：①由速度公式：v=$\fracp9vv5xb5{t}$可知，擋片間距一定，當小車通過光電門的時間相等，則可說明小車是勻速直線運動．
③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．
④動能的變化量：△E=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²，
則有：△E₃=$\frac{1}{2}$×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為：L=$\frac{W}{F}$=0.5m，
得：W₃=F₃L=1.22×0.5J=0.610J．
故答案為：①小車經過兩光電門的時間是否相等；②兩光電門間的距離；④0.600，0.610．

點評 本題考查了判斷小車是否做勻速直線運動的方法、考查了實驗數據處理；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．