Question

【題目】如圖所示是某學習小組設計的“探究做功與速度的關系”的實驗裝置，將光電門固定在直軌道上的O點，將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線通過一個定滑輪將小車與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車所受拉力F的大小，通過光電門記錄遮光條通過光電門的時間t，結合遮光條的寬度d計算出小車通過光電門時的速度，該小組提出如下操作方案：用同一鉤碼通過細線拉同一小車，每次小車從不同位置由靜止釋放，各位置A、B、C、D、E、F、G（圖中只標出了G）與O點間的距離s分別為．

（1）用該實驗方案______（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力，

（2）利用圖像法處理實驗數據，若以s為縱軸，以__________（填或）為橫軸作出的圖像是一條過原點的直線，則可得出做功與速度的關系．

（3）若該圖像斜率為k，則小車（含傳感器）的質量為 ______ ．

Answer 1

【答案】需要

【解析】

(1)拉力傳感器測出的拉力為小車所受合力；

(2)對小車應用動能定理分析求解；

(3)根據動能定理推出的關系式，分析斜率的意義。

(1)[1]利用小車自身的重力的分力平衡接觸面的摩擦力，這樣傳感器測量的外力即為小車受到的合外力，所以需要平衡摩擦力；

(2)[2]平衡摩擦力后，拉力傳感器測出的外力F即為小車所受合外力，根據動能定理：

遮光條通過光電門：

兩式聯立解得：，所以與成正比；

(3)[3]根據上述計算結果可知：

解得小車（含傳感器）的質量為：。