题目内容

17．在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，实验装置如图甲所示．让小车在一条橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，此时橡皮筋对小车做的功记为W．然后用完全相同的橡皮筋二条、三条…合并在一起分别进行第2次、第3次…实验，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致，且每次实验中小车获得的速度可由打点计时器所打的纸带求出．打点计时器所用交流电频率为50Hz．

（1）除了图甲中已有的实验器材外，还需要导线、开关、交流电源（填“交流”或“直流”）和刻度尺（填测量工具）．
（2）实验中小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面关于平衡小车摩擦阻力的操作正确的是D（填字母序号）．
A．小车不拖纸带，能够加速下滑即可；
B．小车不拖纸带，能够匀速下滑即可；
C．打开打点计时器，小车拖着纸带，能够加速下滑即可；
D．打开打点计时器，小车拖着纸带，能够匀速下滑即可．
（3）实验中不可缺少的操作是D（填字母序号）．
A．测出小车的质量；                 B．测出橡皮筋的伸长量；
C．用量角器测出长木板的倾角；        D．改变橡皮筋条数后将小车从同一位置释放．
（4）下列关于此实验操作的说法中，正确的是C（填字母序号）．
A．实验时要尽量保持木板水平；
B．打点计时器的电源要等到小车开始做匀速运动时才能打开；
C．求小车速度时，应取纸带上点迹均匀的部分；
D．用多条橡皮筋时应适当减小橡皮筋的形变量，以免小车速度过大．
（5）分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条…并起来进行第一次、第二次、第三次…实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度应该保持一致，我们把第一次实验时橡皮筋对小车做的功记为W．由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图所示是其中四次实验打出的纸带．
试根据图乙中的信息，填写如表：（保留三位有效数字）
次    数1234
橡皮筋对小车的做功W2W3W4W
小车速度v（m/s）1.001.422.00
速度的平方v2（m2/s2）1.002.004.00
从表中数据可以得到的结论：小车合外力做的功与小车的速度的平方成正比．

分析 根据实验器材分析答题，打点计时器使用交流电源．
橡皮筋的弹性势能转化为小车的动能，实验中改变拉力做功时，为了能定量，所以用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功就有倍数关系．橡皮筋对小车做的功和小车获得的动能满足：w=$\frac{1}{2}$mv2的关系，所以当小车质量一定时：w与v2成正比．实验前要平衡摩擦力，把木板的一段垫高，使得小车做匀速运动即可，不需要用量角器测出长木板的倾角．根据表格中的数据得出做功与小车速度的关系．

解答 解：（1）除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、交流电源和刻度尺．
（2）使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，平衡摩擦力正确的做法是：把木板一端垫高，使木板适当倾斜，轻推一下拖着纸带的小车后，小车能够匀速下滑即可，
故选：D；
（3）A、本实验是为了探究做功与物体速度变化的关系，只要保证小车的质量不变即可，不需要测量小车的质量，故A错误．
BD、实验中改变拉力做功时，为了能定量，所以用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功就有倍数关系．而不需要测量出每根橡皮筋做功的数值，即不需要测量橡皮筋的伸长量．每次只要保证从同一位置由静止释放这样开始时橡皮筋的形变量相同，过程中每根橡皮筋做的功就相同．故B错误、D正确．
C、平衡摩擦力时，把木板的一段垫高，使得小车做匀速运动即可，不需要用量角器测出长木板的倾角，故C错误．
故选：D．
（4）A、该实验需要平衡摩擦力，故木板应该倾斜，故A错误．
B、应该先接通电源，再释放小车，故B错误；
C、求小车速度时，应取纸带上点迹均匀的部分；故C正确；
D、为保证每个橡皮筋做功一样，要求每次实验中，像皮筋伸长的长度必须保持一致，故D错误；
故选：C．
（5）根据运动学公式得
小车速度v=$\frac{0.0346+0.0346}{2×0.02}$=1.73m/s
速度的平方v2=3.00m2/s2，
从表格中的数据可知，橡皮筋对小车做功增倍，则速度的平方也增倍，知橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比．
故答案为：（1）交流，刻度尺  （2）D  （3）D  （4）C  （5）1.73，3.00，速度的平方

点评 实验中要清楚是如何改变w，如何获得的速度v即可．实验过程中需要注意的事项可围绕原理记忆．本题关键要明确小车的运动情况，先加速，再匀速，最后减速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动，因此明确实验原理是解答本题的关键．

练习册系列答案
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