Question

3．在探究恒力做功与动能改变的关系实验中，已知砂和砂桶的质量为m，小车的质量为M，为了实验简便，须使小车受到的合外力可以看作砂和砂桶的总重力，回答下列问题：
（1）若图示照片是某同学在平衡摩擦过程中拍摄的，请指出此操作中存在的严重错误：未取下砂和砂桶．若图示照片是某同学在平衡好摩擦后进行探究过程中拍摄的，请指出此操作中存在的严重错误：未调节滑轮高度使细线与木板平行．（都只填最重要的一个）
（2）m与M应满足的条件是m＜＜M．

Answer 1

分析 实验前要平衡摩擦力，细线要与长木板平行，小车要从靠近计时器位置开始释放；
平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推拖着纸带的小车，小车能够做匀速直线运动，则摩擦力得到平衡；
沙桶加速下降，处于失重状态，拉力小于重力，只有当加速度较小时可以用重力代替拉力，故必须保证M＞＞m．

解答 解：（1）平衡摩擦力时要取下砂和砂桶，应调节滑轮高度使细线与木板平行，由图示可知，平衡摩擦力时没有取下砂和砂桶、细线与木板不平行，这是错误的．
（2）由牛顿第二定律得：小车与砂和砂桶组成的系统：mg=（M+m）a，对小车：F=Ma，解得：F=$\frac{Mmg}{M+m}$=$\frac{mg}{1+\frac{m}{M}}$，
由此可知当M＞＞m时，小车受到的拉力近似等于砂与砂桶的重力，因此实验时要保证：M＞＞m．
故答案为：（1）未取下砂和砂桶；未调节滑轮高度使细线与木板平行（2）m＜＜M．

点评 本题关键明确明确实验原理、误差来源，能够根据运动学规律求解出动能的增加量，求解出拉力的功后进行判断，较难． 解决本题的关键掌握平衡摩擦力的方法．