Question

13．为探究恒力做功和物体动能变化关系，某同学设计的实验方案如图所示．

（1）为了完成该实验操作及数据处理，除了图中实验器材外，还需要的器材有天平和刻度尺．
（2）实验时首先要做到的步骤是平衡摩擦力，具体操作是：将带滑轮的长木板远离（填“远离”或“靠近”）滑轮的一端适当垫高，使小车在不挂（填“挂”或“不挂”）钩码的情况下做匀速直线运动．
（3）该同学在正确实验操作过程中得到的一条纸带如图所示，O、A、B、C为选取的计数点，打O点时为小车运动起始点，相邻的两个计数点间还有4个点没有画出，各计数点到O点的距离分别为S₁、S₂、S₃，数据如图，打点计时器的频率f为50Hz，则打B点时，小车的瞬时速度大小为0.80m/s，实验中，测得小车的质量为M，钩码的总质量为m，从打O点到打B点的过程中，为达到实验目的，应该探究得出的关系式为mgs₂=$\frac{1}{200}$Mf²（s₃-s₁）（用题中的物理量S₁、S₂、S₃、f、M、m及g表示）

Answer 1

分析 （1）实验要探究合力做的功和小车速度的变化关系，而本实验要用勾码的重力代替小车所受到的合力，故需对小车受力分析后，结合受力情况，设法改进实验方法，找到使勾码重力等于拉力的方法；
（2）根据平衡摩擦力的方法可明确如何判断摩擦力已经平衡；
（3）根据功和动能的表达式，可以直接得到结论；

解答 解：（1）根据实验原理可知，本实验需要测量物体的质量，然后用钩码的重力来充当拉力；故需要天平；同时需要测量长度，故需要刻度尺；
（2）平衡摩擦力的方法是将长木板远离滑轮的一端垫高；使小车在不挂钩码的情况下做匀速直线运动；此时即已平衡好了摩擦力；
（3）B点时的速度等于AC段的平均速度；故v_B=$\frac{0.2501-0.0901}{2×0.02}$=0.80m/s；
由动能定理可知：mgs₂=$\frac{1}{2}$mv_B²
解得：mgs₂=$\frac{1}{200}$Mf²（s₃-s₁）²
故答案为：（1）天平；刻度尺；（2）远离；不挂；（3）0.80；mgs₂=$\frac{1}{200}$Mf²（s₃-s₁）²

点评 本题关键结合实验目地，选择一定的实验方案，根据实验原理，分析后得到实验方法，实验数据的处理通常要结合图想法，简洁明了，形象直观，同时还要考虑实验数据的处理要尽量的减小误差．