Question

20．為了“探究動(dòng)能改變與合外力做功”的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：
第一步：把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘跨過定滑輪相連，重錘夾后連一穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示．
第二步：保持長木板的傾角不變，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開始向下加速運(yùn)動(dòng)，打出紙帶，如圖乙所示．打出的紙帶如圖丙所示．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為△t，根據(jù)紙帶求滑塊速度，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊速度v_B=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2△t}$．
（2）已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓�加速度為g，要測出某一過程合外力對(duì)滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊運(yùn)動(dòng)的位移x（寫出物理名稱及符號(hào)，只寫一個(gè)物理量），合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W_合=mgx．
（3）算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA、OB、OC、OD、OE段合外力對(duì)滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點(diǎn)的速度v，以v²為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出v²-W圖象，可知該圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜的直線，根據(jù)圖象還可求得滑塊的質(zhì)量．

Answer 1

分析 （1）用平均速度代替瞬時(shí)速度去求解AB點(diǎn)的速度；
（2）合外力為重物的重力，要求出外力對(duì)滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊的位移x，根據(jù)W=Fx即可求解；
（3）根據(jù)做功公式求出W與v²的關(guān)系式即可求解．

解答 解：（1）勻變速直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間中點(diǎn)的速度等于該過程中的平均速度，故：
v_B=$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2△t}$
（2）本題運(yùn)動(dòng)過程中，物塊受到的合力為重力，要求合力做的功，則還需要測出這一過程滑塊運(yùn)動(dòng)的位移x，則合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W_合=mgx，
（3）合外力做的功為W=mgx=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$，
所以v²=$\frac{2}{m}$W，則v²-W圖象是一條過原點(diǎn)的傾斜的直線，
根據(jù)圖象課求得直線斜率為k，所以m=$\frac{2}{k}$，即根據(jù)圖象可以求得滑塊的質(zhì)量．
故答案為：（1）$\frac{{x}_{3}-{x}_{1}}{2△t}$；（2）運(yùn)動(dòng)的位移x；mgx；（3）過原點(diǎn)的傾斜的直線；滑塊的質(zhì)量

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中求瞬時(shí)速度的方法，能根據(jù)做功公式求出W與v²的關(guān)系式，根據(jù)圖象的斜率求解質(zhì)量，難度適中．