Question

17．在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗中，實驗裝置如圖甲所示．讓小車在一條橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，此時橡皮筋對小車做的功記為W．然后用完全相同的橡皮筋二條、三條…合并在一起分別進(jìn)行第2次、第3次…實驗，每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致，且每次實驗中小車獲得的速度可由打點計時器所打的紙帶求出．打點計時器所用交流電頻率為50Hz．

（1）除了圖甲中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、交流電源（填“交流”或“直流”）和刻度尺（填測量工具）．
（2）實驗中小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦阻力，則下面關(guān)于平衡小車摩擦阻力的操作正確的是D（填字母序號）．
A．小車不拖紙帶，能夠加速下滑即可；
B．小車不拖紙帶，能夠勻速下滑即可；
C．打開打點計時器，小車拖著紙帶，能夠加速下滑即可；
D．打開打點計時器，小車拖著紙帶，能夠勻速下滑即可．
（3）實驗中不可缺少的操作是D（填字母序號）．
A．測出小車的質(zhì)量；                 B．測出橡皮筋的伸長量；
C．用量角器測出長木板的傾角；        D．改變橡皮筋條數(shù)后將小車從同一位置釋放．
（4）下列關(guān)于此實驗操作的說法中，正確的是C（填字母序號）．
A．實驗時要盡量保持木板水平；
B．打點計時器的電源要等到小車開始做勻速運動時才能打開；
C．求小車速度時，應(yīng)取紙帶上點跡均勻的部分；
D．用多條橡皮筋時應(yīng)適當(dāng)減小橡皮筋的形變量，以免小車速度過大．
（5）分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條…并起來進(jìn)行第一次、第二次、第三次…實驗時，每次實驗中橡皮筋拉伸的長度應(yīng)該保持一致，我們把第一次實驗時橡皮筋對小車做的功記為W．由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點計時器和紙帶測出，如圖所示是其中四次實驗打出的紙帶．
試根據(jù)圖乙中的信息，填寫如表：（保留三位有效數(shù)字）

次    數(shù)	1	2	3	4
橡皮筋對小車的做功	W	2W	3W	4W
小車速度v（m/s）	1.00	1.42		2.00
速度的平方v2（m2/s2）	1.00	2.00		4.00

從表中數(shù)據(jù)可以得到的結(jié)論：小車合外力做的功與小車的速度的平方成正比．

Answer 1

分析 根據(jù)實驗器材分析答題，打點計時器使用交流電源．
橡皮筋的彈性勢能轉(zhuǎn)化為小車的動能，實驗中改變拉力做功時，為了能定量，所以用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功就有倍數(shù)關(guān)系．橡皮筋對小車做的功和小車獲得的動能滿足：w=$\frac{1}{2}$mv²的關(guān)系，所以當(dāng)小車質(zhì)量一定時：w與v²成正比．實驗前要平衡摩擦力，把木板的一段墊高，使得小車做勻速運動即可，不需要用量角器測出長木板的傾角．根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)得出做功與小車速度的關(guān)系．

解答 解：（1）除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、交流電源和刻度尺．
（2）使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦阻力，平衡摩擦力正確的做法是：把木板一端墊高，使木板適當(dāng)傾斜，輕推一下拖著紙帶的小車后，小車能夠勻速下滑即可，
故選：D；
（3）A、本實驗是為了探究做功與物體速度變化的關(guān)系，只要保證小車的質(zhì)量不變即可，不需要測量小車的質(zhì)量，故A錯誤．
BD、實驗中改變拉力做功時，為了能定量，所以用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功就有倍數(shù)關(guān)系．而不需要測量出每根橡皮筋做功的數(shù)值，即不需要測量橡皮筋的伸長量．每次只要保證從同一位置由靜止釋放這樣開始時橡皮筋的形變量相同，過程中每根橡皮筋做的功就相同．故B錯誤、D正確．
C、平衡摩擦力時，把木板的一段墊高，使得小車做勻速運動即可，不需要用量角器測出長木板的傾角，故C錯誤．
故選：D．
（4）A、該實驗需要平衡摩擦力，故木板應(yīng)該傾斜，故A錯誤．
B、應(yīng)該先接通電源，再釋放小車，故B錯誤；
C、求小車速度時，應(yīng)取紙帶上點跡均勻的部分；故C正確；
D、為保證每個橡皮筋做功一樣，要求每次實驗中，像皮筋伸長的長度必須保持一致，故D錯誤；
故選：C．
（5）根據(jù)運動學(xué)公式得
小車速度v=$\frac{0.0346+0.0346}{2×0.02}$=1.73m/s
速度的平方v²=3.00m²/s²，
從表格中的數(shù)據(jù)可知，橡皮筋對小車做功增倍，則速度的平方也增倍，知橡皮筋對小車做的功與小車速度的平方成正比．
故答案為：（1）交流，刻度尺  （2）D  （3）D  （4）C  （5）1.73，3.00，速度的平方

點評 實驗中要清楚是如何改變w，如何獲得的速度v即可．實驗過程中需要注意的事項可圍繞原理記憶．本題關(guān)鍵要明確小車的運動情況，先加速，再勻速，最后減速，橡皮條做功完畢，速度最大，做勻速運動，因此明確實驗原理是解答本題的關(guān)鍵．