Question

13．某實(shí)驗(yàn)小組按照如圖1所示的裝置對(duì)高中學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行連續(xù)探究或驗(yàn)證：實(shí)驗(yàn)一“探究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律”、實(shí)驗(yàn)二“驗(yàn)證牛頓第二定律”、實(shí)驗(yàn)三“探究小車受到的合力的功與動(dòng)能變化的關(guān)系”．
（1）下列說(shuō)法正確的是BD
A、三個(gè)實(shí)驗(yàn)操作中均先釋放小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源
B、實(shí)驗(yàn)一不需要平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三需要平衡摩擦力
C、實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二需要滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼總質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)三則不需要
D、要求全部完成上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)，除了圖中所示的實(shí)驗(yàn)器材外，還須提供的共同實(shí)驗(yàn)器材有刻度尺
（2）實(shí)驗(yàn)小組按照規(guī)范操作打出的紙帶如圖2所示，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間為T，間距為s₁、s₂、s₃，鉤碼總質(zhì)量為m，小車質(zhì)量為M，且M＞＞m，重力加速度為g，以小車為研究對(duì)象，那么從b到c小車合力做的功W=mgs₂，小車動(dòng)能的變化△E_k=$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]．
（3）在第（2）問(wèn)中，用鉤碼總重力代替小車受到的拉力，存在系統(tǒng)誤差（填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”）；為了準(zhǔn)確探究，在保留原裝置基礎(chǔ)上，請(qǐng)?zhí)岢鲆粭l合理的改進(jìn)措施讓該實(shí)驗(yàn)滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的注意事項(xiàng)以及各個(gè)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)依次分析即可；
（2）紙帶法實(shí)驗(yàn)中，若紙帶勻變速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)得紙帶上的點(diǎn)間距，利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論，可計(jì)算出打出某點(diǎn)時(shí)紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，從而求出動(dòng)能．根據(jù)功的定義求出合外力對(duì)小車做功；
（3）由圖象可知，當(dāng)F=0時(shí)，a≠0．也就是說(shuō)當(dāng)繩子上沒(méi)有拉力時(shí)小車就有加速度，該同學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中平衡摩擦力過(guò)大，即傾角過(guò)大．

解答 解：（1）根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的注意事項(xiàng)可知，三個(gè)實(shí)驗(yàn)操作中均先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在釋放小車．故A錯(cuò)誤；
B、實(shí)驗(yàn)“探究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律”中，只探索速度隨時(shí)間的變化，不需要平衡摩擦力；實(shí)驗(yàn)二和實(shí)驗(yàn)三探索合外力與加速度、或做功的關(guān)系，所以都需要平衡摩擦力．故B正確；
C、實(shí)驗(yàn)“探究小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律”中，只探索速度隨時(shí)間的變化，不需要滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼總質(zhì)量；實(shí)驗(yàn)三“探究小車受到的合力的功與動(dòng)能變化的關(guān)系”中，將鉤碼的總重力看作是小車受到的合外力，則需要滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼總質(zhì)量．故C錯(cuò)誤；
D、要求全部完成上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)，除了圖中所示的實(shí)驗(yàn)器材外，還須提供的共同實(shí)驗(yàn)器材有刻度尺，來(lái)測(cè)量紙帶上點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離．故D正確．
故選：BD
（2）對(duì)bc段進(jìn)行研究，則合外力對(duì)小車做功為W_合=mgs₂，
利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)的推論v_b=$\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}$；
v_c=$\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}$；
小車動(dòng)能的增加量△E_kbc=$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]
（3）在第（2）問(wèn)中，用鉤碼總重力代替小車受到的拉力，在小車加速的過(guò)程中，其加速度：a=$\frac{mg}{m+M}$
所以對(duì)小車的拉力：$F=Ma=\frac{M}{m+M}•mg$＜mg，可知存在一定的系統(tǒng)誤差；
為了準(zhǔn)確探究，需要讓該實(shí)驗(yàn)滿足：m＜＜M，即鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．
故答案為：（1）BD；（2）mgs₂，$\frac{1}{2}$M[${（\frac{{{s}_{2}+s}_{3}}{2T}）}^{2}$-${（\frac{{{s}_{1}+s}_{2}}{2T}）}^{2}$]；（3）系統(tǒng)誤差，讓該實(shí)驗(yàn)滿足鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量．

點(diǎn)評(píng) 要明確此題在驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系中用到的原理，圍繞實(shí)驗(yàn)原理，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，根�?jù)相應(yīng)的物理規(guī)律可知需要測(cè)量的物理量及實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)．