Question

10．某兴趣小组利用如图8所示的装置来“探究合外力的功与物体动能变化的关系”．他们通过改变光电门的位置和悬挂物的质量进行多次实验，采集多组数据．已知将此装置平衡摩擦后，小车总是由同一位置自由释放，小车上方固定一宽度为d的挡光板．
①下列关于操作中的说法，正确的是BCD．
A．调整轨道的倾角至合适位置的标志是：悬挂物连带小车在轨道上匀速运动
B．实验时，使悬挂物的质量远小于小车的质量，就可以近似认为悬挂物的重力等于小车所受拉力
C．实验时，务必先接通光电门，待其正常工作后，再释放小车
D．多次实验时，一定要让小车由静止释放
②本小组同学在实验中有不同操作和数据处理方式，你认为合理的说法是BD．
A．甲同学把小车的末速度（v）作为横坐标，拉力对小车做的功（W）作为纵坐标，人为画出该图线后再分析得出结论
B．乙同学保持悬挂物的质量不变，以小车的位移（x）作为纵坐标，以小车的末速度的平方（v²）作为横坐标，人为作出图线后能得出结论
C．丙同学保持小车的位移不变，以悬挂物的质量（m′）为纵坐标，以小车的末速度的倒数（$\frac{1}{v}$）作为横坐标，人为作出图线后能得出结论
D．丁同学保持小车的位移不变，以悬挂物的质量（m′）为纵坐标，以小车和悬挂物的获得的总动能$\frac{1}{2}$（m+m′v²）作为横坐标，人为作出图线后能得出结论
③戊同学对实验数据进行分析．他把小车和悬挂物作为研究对象，悬挂物的重力作为合力，计算出的结果始终是：悬挂物重力做的功小于小车和悬挂物整体动能的增量，即没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，你认为导致此结果的主要原因是小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点获得瞬时速度的位移．

Answer 1

分析 ①根据平衡摩擦力的原理可知，平衡摩擦力时不能挂重物，只有当悬挂物的质量远小于小车的质量时，才能用重力的重力代替绳子的拉力，实验时应先接通光电门，再释放小车；
②分别对小车和小车、重物组成的系统，应用动能定理列式分析，作图时要作直线图象，只有过原点的直线图象才能得出成正比的关系；
③实验时，小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点的位移，导致了实验误差．

解答 解：①A、调整轨道的倾角至合适位置的标志是：小车在不悬挂重物的情况下，在轨道上匀速运动，故A错误；
B、为了使轻绳的拉力可以近似认为等于重物的重力，则要求悬挂物的质量远小于小车的质量，故B正确；
C、实验时应先接通光电门，待其正常工作后，再释放小车，故C正确；
D、多次实验时，要让小车由静止释放，则否不能求出动能的变化量，故D正确．
故选：BCD
②A、对小车，根据动能定理得：W=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$，应把小车的末速度的平方（v²）作为横坐标，拉力对小车做的功（W）作为纵坐标，作出的图象为直线，进而分析得出结论，故A错误；
B、对小车和重物组成的系统，根据动能定理得：m′gx=$\frac{1}{2}$（m+m′）v²，保持悬挂物的质量不变，应以小车的位移（x）作为纵坐标，以小车的末速度的平方（v²）作为横坐标，作出的图象为直线，进而分析得出结论，故B正确；
C、对小车和重物组成的系统，根据动能定理得：m′gx=$\frac{1}{2}$（m+m′）v²，保持小车的位移不变，以悬挂物的质量（m′）为纵坐标，以小车和悬挂物的获得的总动能$\frac{1}{2}$（m+m′）v²作为横坐标，作出的图象为直线，进而分析得出结论，故C错误，D正确；
故选：BD
③由于小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点获得瞬时速度的位移，所以悬挂物重力做的功小于小车和悬挂物整体动能的增量．
故答案为：①BCD；②BD；③小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点获得瞬时速度的位移．

点评 解决实验问题的关键是明确实验原理，同时熟练应用基本物理规律解决实验问题，知道实验前应先平衡摩擦力，明确只有当悬挂物的质量远小于小车的质量时，才能用重力的重力代替绳子的拉力，难度适中．