题目内容
17．在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置．实验步骤如下：
①把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器
②改变木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力
③用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连
④接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点
⑤测出x、x1、x2（如图乙所示），查得打点周期为T．
（1）平衡摩擦力后，同时钩码质量与小车的质量关系满足条件，则可认为钩码的重力就是小车所受合外力；其中，平衡摩擦力的目的是为了使细线对小车的拉力即为小车所受的合外力；
实验过程中，要求满足钩码的质量远小于小车质量，目的是细线对小车的拉力大小等于钩码的重力；
（2）判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是纸带上打出的点迹间距相等
（3）本实验还需直接测量的物理量是：小车的质量M、钩码的质量m．（并用相应的符号表示）探究结果的表达式是$mgx=\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{2}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}$．（用相应的符号表示）
分析 平衡摩擦力是用重力的下滑分量来平衡小车受到的摩擦力，故最简洁的方法是调节木板倾角，使小车恰能匀速下滑；本题“探究恒力做功与动能改变的关系”，则要知道恒力的大小，和小车的动能，所以要测量小车的质量M、砂及砂桶的质量m；要探究的结论是合外力做的功等于小车动能的变化量．
解答 解：（1）平衡摩擦力后，同时钩码质量与小车的质量关系满足条件，则可认为钩码重力就是小车所受合外力；其中，平衡摩擦力的目的是为了使细线对小车的拉力即为小车所受的合外力；实验过程中，要求满足钩码的质量 远小于小车质量，目的是细线对小车的拉力大小等于钩码的重力
（2）如果已经平衡好摩擦力，则此时小车做匀速运动，纸带上点迹间距应该相等．
（3）本题“探究恒力做功与动能改变的关系”，则要知道恒力的大小，和小车的动能，所以要测量小车的质量M、砂及砂桶的质量m
合外力对小车做的功为：W=mgx
小车从A运动到B动能的变化量为：$△{E}_{k}^{\;}=\frac{1}{2}M{v}_{B}^{2}-\frac{1}{2}M{v}_{A}^{2}=\frac{1}{2}$$M（\frac{{x}_{2}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}$
所以探究结果的表达式是：$mgx=\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{2}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}$
故答案为：
（1）钩码的重力就是小车所受合外力，为了使细线对小车的拉力即为小车所受的合外力，远小于，细线对小车的拉力大小与钩码的重力
（2）纸带上打出的点迹间距相等
（3）小车的质量M、钩码的质量m，$mgx=\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{2}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}-\frac{1}{2}M（\frac{{x}_{1}^{\;}}{2T}）_{\;}^{2}$
点评 “探究恒力做功与动能改变的关系”与“探究加速度与力、质量的关系”有很多类似之处，在平时学习中要善于总结、比较，提高对实验的理解能力．
一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图所示，其中F1=10N，F2=2N，若撤去F1，则木块受到的摩擦力为（ ）| A． | 10 N，方向向左 | B． | 6 N，方向向右 | C． | 2 N，方向向右 | D． | 0 |
（1）电磁打点计时器与电源相连，下列A、B两图中接线正确的是B（填“A”或“B”）
（2）“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图1所示，在平衡小车与桌面之间摩擦力后，打出了一条纸带如图2所示．计时器打点的时间间隔为0.02s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a=0.16m/s2（结果保留2位有效数字）．
（3）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码的总重力F的实验数据如表：
| 砝码总重力F（N） | 0.196 | 0.392 | 0.588 | 0.784 | 0.980 |
| 加速度a（m•s-2） | 0.69 | 1.18 | 1.66 | 2.18 | 2.70 |
（4）作出的a-F图线不经过（填“经过”或“不经过”）原点，主要原因是计算F时忘记加入砝码盘的重力使图象向左平移．
| A． | 将负电荷由电势低的地方移到电势高的地方，电势能一定增加 | |
| B． | 无论是正电荷还是负电荷，从电场中某点移到无穷远处时，静电力做的正功越多，电荷在该点的电势能越大 | |
| C． | 在同一个等势面上的各点，场强的大小必然是相等的 | |
| D． | 电势下降的方向就是电场场强的方向 |
有一静电场，其电势随x坐标的改变而改变，变化的图线如图所示．若将一带负电粒子（重力不计）从坐标原点O由静止释放，电场中P、Q两点的坐标分别为1mm、4mm．则下列说法正确的是（ ）| A． | 粒子将沿x轴正方向一直向前运动 | |
| B． | 粒子在P点与Q点加速度大小相等、方向相反 | |
| C． | 粒子经过P点与Q点时，动能相等 | |
| D． | 粒子经过P点与Q点时，粒子的电势能相等 |
如图所示，在粗糙水平面上固定一带正电的点电荷+Q，在M点无初速度释放一带有恒定电荷量的小物块，小物块在点电荷Q的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N点的过程中（ ）| A． | 小物块所受静电力逐渐增大 | |
| B． | 小物块具有的电势能逐渐增大 | |
| C． | 静电力对小物块做功的大小一定等于物块克服摩擦力做的功 | |
| D． | M点的电势高于N点的电势 |
