Question

19．利用如图所示的实验装置做“探究合外力做的功与物体动能改变量的关系”实验，将光电门固定在轨道上的B点，用重物通过细线拉小车，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，其原因是没有满足重物质量m远小于（填“远小于”或“远大于”） 小车质量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，遮光条宽度d和遮光条通过光电门的时间t，还需测量的物理量有A、B间的距离L，
验证动能定理的表达式为FL=$\frac{M{d}^{2}}{2{t}^{2}}$（用测得的物理量表示）．

Answer 1

分析 （1）据实验操作要求可知需要平衡摩擦力．
（2）该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，但会导致二者明显差别．
（3）光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度，根据功能关系可以求出需要验证的关系式．

解答 解：（1）由于该实验只有绳子的拉力，所以不能有摩擦力做功，所以需要平衡摩擦力．
（2）由于没有满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，导致传感器示数明显不等于重物的重力．
（3）小车的速度：v=$\frac{d}{t}$，由动能定理得：FL=$\frac{1}{2}$Mv²=$\frac{M{d}^{2}}{2{t}^{2}}$，由此可知，实验还需要测量A、B间的距离L；
故答案为：（1）需要；（2）远小于；（3）A、B间的距离L；FL=$\frac{M{d}^{2}}{2{t}^{2}}$．

点评 了解光电门测量瞬时速度的原理，实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面，同时明确实验原理是解答实验问题的前提．