Question

【題目】某同學用如圖(a)所示的裝置，探究僅在摩擦力做功的條件下，摩擦力做功與物體動能變化的關系。實驗的部分操作如下：按圖(a)所示安裝器材，帶有遮光條的物塊置于水平面上，與彈簧接觸但不連接。用力向左推物塊，將彈簧從原長位置O向左壓縮一定距離，松手讓物塊向右運動，光電計時器記錄下遮光條通過光電門的時間t，測出滑塊停下時到光電門的水平距離x。

(1)若光電門固定在O點(遮光條經過光電門時彈簧恰處于原長)，多次改變釋放時滑塊到光電門的距離，得到多組數據，該同學處理數據時，得到如圖(b)所示的x和的關系圖線。通過推理分析，可以得出：通過O點后，摩擦力對物塊做功大小與其動能變化大小___________(選填“成正比”“成反比”或“不確定”)。

(2)若光電門固定在O點右側按上述方法仍在同一坐標系內作x和的關系圖線，其圖象為___________；若光電門固定在O點左側，其圖象可能為___________。(以上兩空均選填圖“(b)”“圖(c)”或“圖(d)”)

Answer 1

【答案】成正比 圖(b) 圖(c)

【解析】

遮光條通過光電門的平均速度處理成瞬時速度，經過光電門，對遮光條使用動能定理即可求解。

（1）遮光條的寬度的d一定，經過光電門的平均速度等效為經過該點的瞬時速度，則有速度，動能，過了光電門后，在摩擦力的作用下停下來，由動能定理得：，整理可知，是一個正比例函數，結合圖像和推理可知摩擦力對物塊做功大小與其動能變化大小成正比；

（2）光電門固定在O點右側，從光電門開始到停下來，還是滿足，故其圖像仍然為圖（b）。光電門固定在O點左側，離開光電門后，除了摩擦力做功，還有彈簧的彈力做正功，此時應有表達式，其中為常量，故圖像為圖（c）。