Question

6．某实验小组利用无线力传感器和光电门传感器探究“做功与物体速度变化的关系”．将无线力传感器和档光片固定在小车上，用不可伸长的细线通过一个定滑轮与重物G相连，无线力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平轨道上A、B两点各固定一个光电门传感器，用于测量小车的速度v₁和v₂，如图所示．在小车上放置砝码来改变小车质量，用不同的重物G来改变拉力的大小．
（1）实验主要步骤如下：
①测量小车和拉力传感器的总质量M₁．正确连接所需电路．调节导轨两端的旋钮改变导轨的倾斜度，用以平衡小车的摩擦力．将小车放置在导轨上，轻推小车，使之运动．可以通过小车经过两光电门的时间是否相等判断小车正好做匀速运动．
②把细线的一端固定在力传感器上，另一端通过定滑轮与重物G相连；将小车停在点C，由静止开始释放小车，小车在细线拉动下运动，除了光电门传感器测量速度和力传感器测量拉力的数据以外，还应该记录的物理量为两光电门间的距离．
③改变小车的质量或重物的质量，重复②的操作．
（2）表格中M是M₁与小车中砝码质量之和，△E为动能变化量，F是拉力传感器的拉力，W是F在A、B间所做的功．表中的△E₃=0.600J，W₃=0.610J．（结果保留3位有效数字）

次数	M/kg	|v22-v12|/m2•s2	DE/J	F/N	W/J
1	0.500	0.760	0.190	0.400	0.200
2	0.500	1.650	0.413	0.840	0.420
3	0.500	2.400	DE3	1.220	W3

Answer 1

分析 （1）①根据v=$\frac{d}{t}$，因挡片间距一定，则可根据时间来确定小车是否匀速直线运动；
②要探究动能定理就需要求出力对小车做的总功和小车动能的变化，这就要求必须知道小车发生的位移即两光电门间距离．
（2）根据动能的变化量△E=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²，代入数据求解△E₃．根据功的公式W=FL求解W₃．

解答 解：（1）①根据v=$\frac{d}{t}$，因挡片间距一定，当小车通过光电门的时间相等，则可说明小车是匀速直线运动．
②根据动能定理知因要求总功必须已知小车位移，故除了光电门传感器测量速度和力传感器测量拉力的数据以外，还应该记录的物理量为两光电门间的距离L．
（2）由△E=$\frac{1}{2}$Mv₂²-$\frac{1}{2}$Mv₁²得：△E₃=$\frac{1}{2}$×0.500×2.40=0.600J，
根据表中数据由功公式W=FL，可求出两光电门间距离为：L=$\frac{W}{F}$=0.5m，所以有：W₃=F₃L=1.22×0.5J=0.610J．
故答案为：（1）①小车经过两光电门的时间是否相等；②两光电门间的距离；（2）0.600，0.610．

点评 做实验题时应先根据实验原理写出有关公式再讨论即可，同时理解动能定理的应用，注意光电门测量瞬时速度的原理．