题目内容
6．如图所示，一端固定滑轮的长木板放在桌面上，将光电门固定在木板上的B点，用重物通过细线拉小车，且重物与力的传感器相连，若利用此实验装置做“探究合外力做的功与物体动能改变量的关系”实验，小车质量为M，保持小车质量不变，改变所挂重物质量m进行多次实验，每次小车都从同一位置A由静止释放（g取10m/s2）
①完成该实验时，需要（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力；
②实验时，发现传感器示数明显不等于重物的重力，其原因是小车质量M未远大于重物质量m；
③在正确规范操作后，实验时除了需要读出传感器的示数F，测出小车质量M，还需测量的物理量有A、B间距x、通过光电门的挡光时间t及遮光条的宽度d，由实验得到合外力对小车做的功与小车动能改变量的关系式为Fx=$\frac{M{d}^{2}}{2{t}^{2}}$（用测得的物理量表示）；
（2）利用上述图示装置能（填“能”或“不能”）验证“机械能守恒定律”的实验．
分析 实验中需要配平衡摩擦力．根据牛顿第二定律分析传感器示数明显不等于重物的重力的原因．
根据绳子拉力的大小，得出合力做功，根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度求出小车通过光电门的瞬时速度，从而得出小车动能的增加量，从而得出合力做功与小车动能改变量的关系式．
解答 解：（1）①该实验探究合外力做功与动能变化量的关系，绳子的拉力等于小车的合力，所以实验时需平衡摩擦力．
②对整体分析，根据牛顿第二定律得，a=$\frac{mg}{M+m}$，绳子的拉力F=$Ma=\frac{Mmg}{M+m}$＜mg，可知传感器示数明显不等于重物的重力，其原因是小车质量M未大于重物质量m．
③合外力对小车做功为Fx，动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}M{v}^{2}=\frac{1}{2}M\frac{{d}^{2}}{{t}^{2}}=\frac{M{d}^{2}}{2{t}^{2}}$，探究的表达式为$Fx=\frac{M{d}^{2}}{2{t}^{2}}$．需要测量的物理量有：A、B的间距x、遮光条的宽度、通过光电门的挡光时间，小车的质量M．
（2）改装置可以验证系统机械能守恒，系统重力势能的减小量△Ep=mgx，系统动能的增加量$△{E}_{k}=\frac{1}{2}（M+m）{v}^{2}=\frac{1}{2}（M+m）\frac{{d}^{2}}{{t}^{2}}$．
故答案为：（1）①需要，②小车质量M未远大于重物质量m，③A、B的间距x、通过光电门的挡光时间t，Fx=$\frac{M{d}^{2}}{2{t}^{2}}$．（2）能．
点评 解决本题的关键知道实验的原理，通过探究的表达式，分析所需测量的物理量，难度不大．
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