Question

13．某同學探究恒力做功和物體動能變化間的關系，使用的實驗裝置如圖所示．
（1）他想用鉤碼C的重力表示小車A受到的合外力，為減小這種做法帶來的誤差，實驗中采取的兩項主要措施是：a．平衡摩擦力；b．鉤碼的重力遠小于小車的總重力．
（2）要驗證合外力做的功與物體動能變化間的關系，測得位移x和對應的速度v后，還需測出的物理量有鉤碼的質量m、小車的質量M（寫出物理量的名稱與符號）；假定小車初速度為0，用所測物理量表示合外力做的功與物體動能變化間的關系，其表達式為$mgx=\frac{1}{2}M{v}_{\;}^{2}$．

Answer 1

分析 小車在水平方向上受繩的拉力和摩擦力，想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；其次要想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，必須要滿足鉤碼的質量遠小于小車的總質量．

解答 解：（1）小車在水平方向上受繩的拉力和摩擦力，想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
設繩子上拉力為F，對小車根據牛頓第二定律有：
F=Ma…①
鉤碼有：mg-F=ma…②
F=$\frac{Mmg}{m+M}$由此可知當M＞＞m時，夠碼的重力等于繩子的拉力即為小車是合外力
（2）要驗證合外力的功與動能變化間的關系，測得位移s和速度v后，要求出拉力做的功，還需要知道鉤碼的質量；要計算小車的動能，還需要知道小車的質量．
拉力做功為：W=mgx
小車的動能：$△{E}_{k}^{\;}$=$\frac{1}{2}M{v}_{\;}^{2}-\frac{1}{2}M{v}_{0}^{2}=\frac{1}{2}M{v}_{\;}^{2}$需要驗證的是：mgx=$\frac{1}{2}M{v}_{\;}^{2}$
故答案為：（1）平衡摩擦力，鉤碼的重力遠小于小車的總重力；      （2）鉤碼的質量m、小車的質量M；$mgx=\frac{1}{2}M{v}_{\;}^{2}$

點評 要明確此題在驗證合外力的功與動能變化間的關系中用到的原理，圍繞實驗原理，明確實驗目的，根據相應的物理規律可知需要測量的物理量及實驗時的注意事項．