Question

如图所示，利用此实验装置既可以探究物体做匀变速直线运动时加速度与所受合外力的关系，也可以探究合力做功和物体动能变化的关系．

（1）若想用钩码的重力表示小车受到的合外力，除需要平衡摩擦力外，你认为此实验还应该满足的条件是

小车（和砝码）的质量远大于钩码的质量

；
（2）如图所示是某次探究合力做功与物体动能变化关系的实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F、G是计数点．打点计时器所加的交流电频率为50Hz，两相邻计数点间还有四个点没有画出．打计数点B时，纸带的瞬时速度大小为

0.53

m/s；若测得小车（含车上砝码）的总质量为500g，钩码总质量为31g，则打下B点到F点的过程中合外力对小车做功为

8.1×10^-2

J（可认为小车所受合外力大小等于钩码重力）；在这个过程中小车（含车上砝码）的动能变化量为

7.8×10^-2

J，由此可得结论：

在实验误差范围内，合外力对物体所做的功等于物体动能的变化

．（本题所有计算结果都保留两位有效数字，g取10m/s²）

Answer 1

分析：若使W为绳子拉力做的功，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，就必须满足m＜＜M的条件；
将砝码重力当作小车所受合外力，根据功的定义可以正确解答，根据匀变速直线运动中时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度可以求出F的速度大小，进一步求出其动能大小；

解答：解：（1）对小车和沙桶受力分析可得绳子拉力与沙桶重力关系为F=

M

M+m

mg变形为F=

1

1+ m M

mg，可见，要使F=mg必须满足条件m＜＜M，即砂和砂桶的总质量应远远小于小车的质量
（2）v_B=

xAC

2×0.1s

=0.53m/s
合外力对小车做的功：W=mg?x_BF=8.1×10^-2J
v_F=

xEG

2T

公式为：△E_k=

1

2

mv_F²-

1

2

mv_B²=7.8×10^-2 J
得出的结论是：在实验误差范围内，合外力对物体所做的功等于物体动能的变化 
故答案为：（1）小车（和砝码）的质量远大于钩码的质量；
（2）0.53；   8.1×10^-2；   7.8×10^-2；
在实验误差范围内，合外力对物体所做的功等于物体动能的变化．

点评：明确实验原理往往是解决实验问题的关键，该实验的一些操作和要求与探究力、加速度、质量之间关系的实验类似可以类比学习．