Question

【题目】某同学利用如图甲所示装置探究合力做功与动能变化之间的关系，通过改变悬挂钩码的质量M改变小车所受合力大小，力传感器示数用F表示，钩码每次从同一位置由静止释放落到垫台上，由竖直放置的刻度尺测出释放点离垫台的高度h，由打点计时器和纸带记录小车的运动，实验时，保证小车的质量m不变，逐次增加钩码的质量，打下纸带，测量并记录相关数据：

（1）本实验______（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。

（2）正确操作后，小车受到的合力做的功可表示为______（用题中所给字母表示），已知打点计时器所用交流电流的频率是50Hz，图乙是某次实验打出的一条纸带，纸带上相邻两个计数点间还有4个打出的点未画出，计数点间距离在图中已标出，由纸带可知钩码落到垫台时小车的速度为______m/s（结果保留两位有效数字）

（3）根据实验数据，以v2为横轴，以力传感器示数F为纵轴，画出一条倾斜直线如图丙所示，该图象斜率为k，若斜率k=______，则合力做的功等于物体动能的变化。

Answer 1

【答案】需要 2Fh 0.75

【解析】

(1)[1]实验时为保证细线拉力等于弹簧的弹力，实验必须平衡小车受到的摩擦力，小车合力才能确定为绳的拉力；

(2)[2]小车合外力大小为弹簧测力计读数F，小车位移为钩码下落高度2倍，小车的合外力做的功是2Fh；

[3]由纸带数据可知小车第5点后匀速运动，获得最后动能，因为打点频率为50Hz，打点时间间隔为0.02s，故有：

v=m/s=0.75m/s

(3)[4]小车合外力做功等于动能增加量，即为：

2Fh=

解得：

F=

其斜率

k=

则合外力做功等于动能变化。