Question

1．在“探究功与速度变化的关系”实验中，某实验小组同学采用如图1所示的实验装置进行实验，他们利用打点计时器记录小车从静止释放后的运动情况，把盘及盘中砝码总重力大小作为小车受到的拉力大小．拉力对小车做的功记为W，对应的小车末速度记为v，则
（1）该小组同学实验前需要平衡小车的摩擦力吗？是（填“是”或“否”）．盘及盘中砝码的总质量m和小车质量M之间必须满足的关系是m＜＜M．
（2）该组同学在下表中分别列出了拉力对小车做的功W、小车的速度v、小车速度的平方v²、小车速度的倒数$\frac{1}{v}$的实验数据．如果你是该小组的成员，请你根据表中数据，在图2中建立恰当的横坐标，并画出相应的图象．

W/J	0.005	0.010	0.015	0.020	0.025
v/（m﹒s-1）	0.14	0.20	0.24	0.28	0.32
v2/（ m2•s-2）	0.02	0.04	0.06	0.08	0.10
$\frac{1}{v}$/（ m-1•s）	7.14	5.00	4.17	3.57	3.13

（3）该实验装置还可以用于以下哪些实验：AC
A．研究匀变速直线运动
B．探究求合力的方法
C．探究加速度与力、质量的关系
D．验证机械能守恒定律．

Answer 1

分析 （1）“探究功与速度变化的关系”实验需要平衡摩擦力，这样小车受到的合力才是绳子的拉力，根据牛顿第二定律不难推出只有满足重物质量m远小于小车的质量M时，重物的重力才可作为绳子拉力；
（2）根据动能定理结合描点法作出图象；
（3）研究匀变速直线运动的实验需要让物体做匀加速直线运动，根据纸带求出加速度即可，探究加速度与力的关系以及加速度与质量关系时，需要采用控制变量法研究，根据实验原理判断即可．

解答 解：（1）实验前需要平衡摩擦力，因为只有平衡摩擦力后绳子对小车的拉力才为小车受到的合力；
分别对小车和重物受力分析：对重物有mg-F=ma，对小车有F=Ma，联立两式可解出F=Ma=M$\frac{mg}{M+m}=\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，
可见，只有当m＜＜M时绳子拉力F才等于重物的重力mg，故重物的质量m和小车质量M之间必须满足的关系是m＜＜M；
（2）根据动能定理可知，W=$\frac{1}{2}M{v}^{2}$，则要画出W-v²图象，根据描点法作出图象，如图所示：
（3）A、用该装置可以研究匀变速直线运动的实验，根据纸带求出加速度即可，故A正确；
B、该实验不能探究求合力的方法，那需要用弹簧秤研究，不用打点计时器，故B错误；
C、用该装置可以探究加速度与力、质量的关系，用天平测出小车的质量，根据纸带求出加速度，故C正确；
D、该实验过程中，小车的机械能不守恒，不能研究机械能守恒定律，故D错误．
故选：AC
故答案为：（1）是； m＜＜M；（2）如图所示；（3）AC

点评 明确实验原理是解决实验问题的关键，本实验要把重物重力mg当做绳子拉力的条件必须满足重物质量m远小于小车的质量M，否则误差会很大．