Question

【題目】某同學想利用如圖所示的實驗裝置來驗證動能定理．在一端帶滑輪的長木板上固定一個光電門,光電門在滑輪附近,與光電門相連的數字毫秒計可以顯示出小車上的遮光片經過光電門的時間．在遠離滑輪的另一端附近固定一標桿．滑塊通過細線與重物相連,細線的拉力大小等于力傳感器的示數．

（1）下列說法正確的是（______）

A.平衡摩擦力時必須將重物通過細線掛在小車上

B.平衡摩擦力的目的是保證細繩對小車的拉力等于小車受到的合力

C.本實驗中沒有必要測量重物的質量

D.為減小系統誤差,必須保證小車與遮光片的總質量遠遠大于重物的質量

（2）刻度尺的零刻線與標桿重合,光電門對應刻度尺的位置如上圖的箭頭所示,則標桿與光電門的距離__________．如圖所示．用20分度的游標卡尺測出遮光片的寬度__________．

（3）用天平測得小車及遮光片的總質量為,在平衡好摩擦力后,每次都使小車上的遮光片從標桿處由靜止開始運動,并記下遮光片通過光電門的時間及力傳感器的顯示的力的大小．以小車為研究對象驗證動能定理,需要下列物理量:小車通過光電門時的速度大小_____,外力對小車做功_______．實驗需要驗證的關系式為__________．(以上填空處均用題中給出的已知物理量的字母表示．)

Answer 1

【答案】BC 78.25（78.23~78.27） 20.45

【解析】

解決實驗問題首先要理解該實驗原理、操作步驟和數據處理以及注意事項，其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應當清楚，其次注意刻度尺和游標卡尺的讀數方法．由于遮光條通過光電門的時間極短，可以用平均速度表示瞬時速度，再根據動能定理的內容即可解決問題．

（1）[1] A. 平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，A錯誤；

B. 平衡摩擦力以后，重力的分力與摩擦力相互抵消，細繩對小車的拉力就等于小車受到的合力，B正確；

C. 拉力是直接通過傳感器測量的，與小車質量和鉤碼質量的大小無關，也沒有必要測量重物的質量，C正確，D錯誤．

故選BC．

（2）[2] 毫米刻度尺的分度值為1mm，需要估讀到下一位，由圖得出，標桿A與光電門的距離L=78.25cm．

[3] 游標卡尺的分度值為0.05mm，游標尺第9格與主尺對齊，最終讀數為：．

（3）[4]極短時間內的平均速度表示瞬時速度，則滑塊經過光電門時的速度表達式為：

外力對小車做功為：

動能定理的內容是合外力對物體做的功等于物體動能的變化量，則需要證明：

即：