Question

20．某實(shí)驗(yàn)小組想測(cè)量木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功，裝置如圖1所示，一木塊放在粗糙的水平長(zhǎng)木板上，左側(cè)栓有一細(xì)線，跨過(guò)固定在木板邊緣的滑輪與重物連接，木塊右側(cè)與穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，長(zhǎng)木板固定在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上．實(shí)驗(yàn)時(shí)，木塊在重物牽引下向右運(yùn)動(dòng)，重物落地后，木塊繼續(xù)向左做勻減速運(yùn)動(dòng)，圖2給出了重物落地后打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，系列小黑點(diǎn)是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)（圖中未標(biāo)出），計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電頻率為50Hz，不計(jì)紙帶與木塊間的作用力．

（1）可以判斷紙帶的右（左或右）端與木塊連接．
（2）根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)計(jì)算打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打下A點(diǎn)和B點(diǎn)時(shí)木塊的速度：v_A=0.72m/s，v_B=0.97m/s．（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）
（3）要測(cè)量在AB段木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功W_AB，還需要的實(shí)驗(yàn)器材是G、H，還應(yīng)測(cè)量的物理量是B．（填入所選實(shí)驗(yàn)器材和物理量前的字母）
A．木板的長(zhǎng)度l         B．木塊的質(zhì)量m₁          C．木板的質(zhì)量m₂
D．重物質(zhì)量m₃          E．木塊運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t        F．AB段的距離l_AB
G．天平                H．刻度尺                J．彈簧秤
（4）在AB段，木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功的關(guān)系式W_AB=$\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{A}^{2}-\frac{1}{2}{m}_{1}{v}_{B}^{2}$．（用v_A、v_B和第（3）問(wèn)中測(cè)得的物理量的字母表示）

Answer 1

分析 （1）重物落地后，木塊由于慣性繼續(xù)前進(jìn)，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離逐漸減�。�
（2）紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該點(diǎn)前后相鄰兩個(gè)點(diǎn)間的平均速度；
（3）克服摩擦力做的功等于動(dòng)能的減小量，故需要天平測(cè)量質(zhì)量；
（4）由動(dòng)能定理可以求出木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功．

解答 解：（1）重物落地后，木塊由于慣性繼續(xù)前進(jìn)，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離逐漸減小，故紙帶向右運(yùn)動(dòng)，故其右端連著小木塊；
（2）計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔t=0.02s×5=0.1s，
紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于該點(diǎn)前后相鄰兩個(gè)點(diǎn)間的平均速度，
打A點(diǎn)時(shí)的速度為：v_A=$\frac{0.0684+0.0748}{0.2}$=0.72 m/s，
打B點(diǎn)時(shí)的速度為：v_B=$\frac{0.0941+0.1006}{0.2}$=0.97 m/s．
（3）木塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，克服摩擦力做的功等于木塊動(dòng)能的減小量，由動(dòng)能定理得：木塊克服摩擦力做的功為：
W_f=$\frac{1}{2}$mv₂²-$\frac{1}{2}$mv₁²，
因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還需要用天平測(cè)出木塊的質(zhì)量m₁，用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度，因此需要的實(shí)驗(yàn)器材是G、H，需要測(cè)量的量是B．
（3）在AB段對(duì)木塊，由動(dòng)能定理得：
-W_AB=$\frac{1}{2}$m₁v_B²-$\frac{1}{2}$m₁v_A²，
因此在AB段木板對(duì)木塊的摩擦力所做的功的關(guān)系式有：
W_AB=$\frac{1}{2}$m₁v_A²-$\frac{1}{2}$m₁v_B²．
故答案為：（1）右；（2）0.72，0.97；
（3）G、H，B；（4）$\frac{1}{2}{m_1}v_A^2-\frac{1}{2}{m_1}v_B^2$．

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵要明確實(shí)驗(yàn)的原理和實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟，然后結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和動(dòng)能定理進(jìn)行分析判斷．