Question

2．小明同學(xué)設(shè)計了一個實驗來探究自行車動能的變化與其克服阻力做功的關(guān)系．實驗的主要步驟是：
①找一段平直的路面，并在路面上畫一道與運動方向垂直的起點線；
②騎上自行車用較快速度駛過起點線，并同時從車把手處自由釋放一團(tuán)很容易辨別的橡皮泥；
③車駛過起點線后就不再蹬自行車腳蹬，讓車依靠慣性沿直線繼續(xù)前進(jìn)；
④待車停下，記錄自行車停下時終點的位置；
⑤用卷尺量出起點線到橡皮泥落地點間的距離s、起點線到自行車終點的距離L及車把手處離地高度h．
⑥用電子秤測出小明和自行車的總質(zhì)量為m．
若自行車在行駛中所受的阻力為f并保持恒定．
（1）自行車經(jīng)過起點線時的速度v=$s\sqrt{\frac{g}{2h}}$；（用己知的物理量和所測量得到的物理量表示）
（2）自行車經(jīng)過起點線后克服阻力做功W=fL；（用己知的物理量和所測量得到的物理量表示）
（3）多次改變自行車經(jīng)過起點時的初速度，重復(fù)上述實驗步驟②～④，則每次只需測量上述物理量中的s和L，就能通過數(shù)據(jù)分析達(dá)到實驗?zāi)康模?br />（4）若有$fL=\frac{mg{s}^{2}}{4h}$，可以驗證動能定理成立．

Answer 1

分析 （1）橡皮泥釋放后作平拋運動，根據(jù)平拋知識求出橡皮筋的初速度便知道了自行車經(jīng)過起點線的速度．
（2）由于車駛過起點線后就不再蹬自行車腳蹬，讓車依靠慣性沿直線繼續(xù)前進(jìn)，因此該過程中只有阻力做功，
（3）根據(jù)（1）（2）所寫表達(dá)式，即可正確解答本題；
（4）如果克服阻力做的功等于自行車動能的變化量，則動能定理成立．

解答 解：（1）釋放橡皮筋時的速度與車速相等，橡皮泥做平拋運動，有：
s=vt
$h=\frac{1}{2}g{t}^{2}$
所以解得：v=$s\sqrt{\frac{g}{2h}}$．
（2）由于阻力是恒定的因此阻力做功為：W=fL．
（3）由于車把手到地面的高度是一定的，阻力是恒定的，因此每次試驗只要測量s和L即可．
（4）如果克服阻力做的功等于自行車動能的變化量，則動能定理成立，即滿足$fL=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{mg{s}^{2}}{4h}$．
故答案為：（1）$s\sqrt{\frac{g}{2h}}$；（2）fL；（3）s；L；  （4）$fL=\frac{{mg{s^2}}}{4h}$．

點評 本題為創(chuàng)新實驗，是教材中沒有的，對于這類實驗，要根據(jù)題目敘述，明確了實驗原理便找到了解決問題的突破口．