Question

某學習小組做探究“合力的功和物體速度變化關系”的實驗，如圖，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為W，當用2條、3條…，完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次…實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致．每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出．

（1）除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和

 

（2）木板傾斜的目的是為了

 

（3）若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關于橡皮筋所處的狀態與小車所在的位置，下列說法正確的是

 

A．橡皮筋處于原長狀態                    B．橡皮筋仍處于伸長狀態
C．小車在兩個鐵釘的連線處                D．小車已過兩個鐵釘的連線
（4）在正確操作情況下，打在紙帶上的點，并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的

 

部分進行測量（根據下面所示的紙帶回答）；
（5）下面是本實驗的數據記錄表，

	橡皮筋 做功	10個間隔距離 x（m）	10個間隔時間 T（s）	小車獲得速度 vn（m/s）	小車速度的平方vn2（m/s）2
1	W	0.2880	0.2	1.44	2.07
2	2W	0.4176	0.2	2.09	4.36
3	3W	0.4896	0.2	2.45	5.99
4	4W	0.5904	0.2	2.95	8.71
5	5W	0.6480	0.2	3.24	10.50

從理論上講，橡皮筋做的功W_n和物體速度v_n變化的關系應是W_n∝

 

．請運用表中測定的數據在上圖所示的坐標系中作出相應的圖象，并驗證理論的正確性．

Answer 1

分析：（1）打點計時器是應該選用交流電源；
（2）實驗之前要先平衡摩擦力；
（3）橡皮條做功完畢，速度最大，動能最大；
（4）要測量最大速度，應該選用點跡恒定的部分．
（5）根據動能定理可知，合外力做的功應等于物體動能的變化量，所以W與v²成正比，用描點法作出圖象

解答：解：（1）除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和交流電源．
（2）木板傾斜的目的是為了平衡摩擦力．
（3）若木板水平放置，對小車受力分析可知，小車速度最大時小車受到的合力應為零，
即小車受到的橡皮筋拉力與摩擦力相等，橡皮筋應處于伸長狀態；小車在兩個鐵釘的連線的左側，故ACD錯誤，B正確．
（4）在正確操作情況下，橡皮條恢復原長時，小車做勻速運動，小車在相等時間內的位移相等，
此時小車獲得的速度最大，要測量小車的最大速度，應選用紙帶的點跡均勻的部分，如GK段進行測量．
（5）由動能定理可知，合外力做的功應等于物體動能的變化量，所以W與v²成正比，即
W_n∝v_n²，根據表中實驗數據，應用用描點法作圖，圖象如圖所示；由圖象可得：
誤差容許的范圍內，圖象是經過原點的直線，說明Wn與v_n²成正比．
故答案為：（1）交流電源；（2）平衡摩擦力；（3）B；（4）GK；（5）

v

2 n

；圖象如圖所示；在誤差容許的范圍內，圖象是經過原點的直線，說明Wn與v_n²成正比．

點評：本題涉及打點計時器的工作原理和探究功與速度變化關系實驗的原理，從實驗原理的角度分析即可．