Question

在“探究功與速度變化的關系”實驗中，某實驗小組采用如圖1所示裝置，由重物通過滑輪牽引小車，利用打點計時器記錄小車從靜止釋放后的運動情況，把重物重力的大小作為對小車的合力大小，合力對小車做的功記為W，對應的小車末速度記為v
（1）實驗前是否需要平衡摩擦力？

是

（填“是”或“否”）．重物的質量m和小車質量M之間必須滿足的關系是

m遠小于M

．
（2）要計算功W，實驗中要測量的物理量有

重物的質量（或重力）

、

小車運動的距離

（3）本實驗中正確操作可能得到的紙帶是兔圖2所示的4條紙帶的哪一條？

D

Answer 1

分析：“探究功與速度變化的關系”實驗需要平衡摩擦力，這樣小車受到的合力才是繩子的拉力，根據牛頓第二定律不難推出只有滿足重物質量m遠小于小車的質量M時，重物的重力才可作為繩子拉力；根據動能定理W=FL可知，要計算功需要測量重物質量m（F=mg）和小車運動距離L．

解答：解：（1）實驗前需要平衡摩擦力，因為只有平衡摩擦力后繩子對小車的拉力才為小車受到的合力，分別對小車和重物受力分析：對重物有mg-F=ma，對小車有F=Ma，聯立兩式可解出F=

M

M+m

mg，變形為F=

1

1+ m M

mg，可見，只有當m＜＜M時繩子拉力F才等于重物的重力mg，故重物的質量m和小車質量M之間必須滿足的關系是m＜＜M．
（2）根據功的公式W=FL可知，要計算功，實驗中要測量的物理量有重物質量m、小車運動的距離L．
（3）因釋放重物后小車持續做勻加速直線運動，故紙帶上的點間距離應逐漸增大，只有D符合．
故答案為（1）是，m遠小于M
        （2）重物的質量m，小車運動的距離L
        （3）D

點評：明確實驗原理是解決實驗問題的關鍵，本實驗要把重物重力mg當做繩子拉力的條件必須滿足重物質量m遠小于小車的質量M，否則誤差會很大．