Question

3．在探宄“恒力做功和物体动能变化之间的关系”的实验中，某同学的实验设计方案如图1所示．则：

（1）该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在安装时首先要平衡摩擦力，其次钩码和小车还需要满足的条件是钩码的重力远小于小车的总重力．
（2）实验中，除位移、速度、小车的质量外，还要测出的物理量有钩码的重力和小车的总质量．
（3）在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50Hz．某同学打出的一段纸带如图2所示，则小车稳定匀速运动时的速度大小为1.40m/s．（计算结果保留三位有效数字）

Answer 1

分析 （1）根据实验原理可知，想用钩码的重力表示小车受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；必须要满足钩码的质量远小于小车的总质量，否则若用钩码的重力表示合外力，误差将会很大．
（2）验证合外力的功与动能变化间的关系的原理：mgx=$\frac{1}{2}$Mv²，由此可知还要测出的物理量有钩码的质量和小车的总质量，因此根据实验原理可知需要测量的数据．
（3）小车匀速运动时，纸带上点距均匀，因此根据刻度尺的示数可以求出匀速运动时的速度大小．

解答 解：（1）小车在水平方向上受绳的拉力和摩擦力，想用钩码的重力表示小车受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
其次：设小车质量M，钩码质量m，整体的加速度为a，绳上的拉力为F，则：对小车有：F=Ma；
对钩码有：mg-F=ma，即：mg=（M+m）a；
如果用钩码的重力表示小车受到的合外力，则要求：Ma=（M+m）a，必须要满足钩码的质量远小于小车的总质量，这样两者才能近似相等．
故答案为：平衡摩擦力，钩码的重力远小于小车的总重力．
（2）验证合外力的功与动能变化间的关系的原理：mgx=$\frac{1}{2}$Mv²，需要测量的物理量有：钩码质量m，小车的质量M，位移x，速度v．所以还要测出的物理量有钩码的质量和小车的总质量．
故答案为：钩码的重力和小车的总质量．
（3）最后匀速的读数就为最大速度，由纸带可知，CE之间的速度即为最后匀速速度
v=$\frac{{x}_{CE}}{2T}$=$\frac{0.13-0.074}{2×0.02}$≈1.40m/s
故答案为：（1）平衡摩擦力，钩码的重力远小于小车的总重力；（2）钩码的重力和小车的总质量；（3）1.40．

点评 要明确此题在验证合外力的功与动能变化间的关系中用到的原理，围绕原理，记忆需要测量的物理量及实验时的注意事项．