Question

【題目】某實驗小組利用如圖甲所示的實驗裝置來探究做功與物體動能變化的關系，當地的重力加速度為g。

（1）該小組成員用游標卡尺測得遮光條（如圖乙所示）的寬度d=______cm，用天平測得滑塊與遮光條的總質量為M、鉤碼的質量為m。

（2）實驗前需要調節氣墊導軌使之水平，實驗時將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數字計時器讀出遮光條通過光電門的時間s，則滑塊經過光電門時的瞬時速度=____________m/s（結果保留兩位有效數字）。

（3）在本實驗中為了確保細線拉力所做的功與鉤碼重力所做的功近似相等，則滑塊與遮光條的總質量M與鉤碼的質量m間應滿足__________________；

（4）本實驗中還需要測量的物理量是：____________（用文字說明并用相應的字母表示）。

（5）本實驗中可通過改變鉤碼的質量測得多組數據并做出—m圖象來進行探究，則下列圖象中符合真實實驗情況的是_________。

Answer 1

【答案】0.690 0.58 M>>m 開始滑塊靜止時遮光條到光電門的距離S C

【解析】

（1）游標卡尺的讀數等于主尺讀數加上游標讀數，不需估讀；
（2）根據極短時間內的平均速度表示瞬時速度求出滑塊通過光電門的速度；
（3）對系統研究，結合圖象的意義，以及牛頓第二定律和機械能守恒的表達式，從而得出需要測量的物理量即相關結論；

（1）游標卡尺的讀數等于主尺讀數加上游標讀數。所以遮光條的寬度為：；
（2）滑塊經過光電門的瞬時速度為：；
（3）令細線的拉力為T，則有：，及，
所以：
只有當時，，即當時細線拉力做的功與鉤碼重力所做的功近似相等；

（4）細線拉力做的功為：，即需要測量開始滑塊靜止時遮光條到光電門的距離；
（5）保持滑塊與遮光條的總質量M不變，細線拉力做的功：，滑塊與遮光條的動能改變量：
由運動學公式可得：，
由牛頓第二定律可得：，和，
聯立解得：，即圖象為過原點的傾斜直線，但當鉤碼的質量不能遠小于滑塊與遮光條的總質量時，有，兩式相比可知，圖象斜率會變小，故直線末端將會發生完全，故C正確，選項ABD錯誤。