Question

10．如图所示为探究动能定理的实验装置，当小车在一条橡皮筋的作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W₀．当用2条、3条、4条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次…实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W₀、3W₀、4W₀…，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出．
（1）实验前需要平衡摩擦力，这是为了让实验过程中小车受到的合外力等于拉力．
（2）如果平衡摩擦力时木板的倾角过小，实验时打出的纸带上的点的间隔特点是中间部分的点之间的距离比较大，而两端的点之间的距离比较小．
（3）用两根橡皮筋做实验打出的纸带上的点的最大间隔应该是用一根橡皮筋做实验打出的纸带上的点的最大间隔的$\sqrt{2}$倍．

Answer 1

分析 （1）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，需要采取平衡摩擦力的措施，即让木板倾斜，让物块重力沿斜面的分力与摩擦力平衡．
（2）小车先在橡皮条的拉动下做加速运动，当橡皮条恢复原长时，拉力减为零，小车由于惯性继续做匀速运动，因此小车匀速时的速度就是该过程中的最大速度．如果平衡摩擦力时木板的倾角过小，则小车达到最大速度后开始减速；
（3）根据W=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$即可求出；

解答 解：（1）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力，故可以将长木板的一段垫高平衡小车所受的摩擦力，让物块重力沿斜面的分力与摩擦力平衡，即小车受到的合外力等于拉力．
（2）如果平衡摩擦力时木板的倾角过小，实验时小车先做加速运动，后做减速运动，所以打出的纸带上的点的间隔特点是中间部分的点之间的距离比较大，而两端的点之间的距离比较小．
（3）由于橡皮筋做的功等于小车动能的增加量，即：W=$△{E}_{K}=\frac{1}{2}m{v}^{2}$
所以：$v=\sqrt{\frac{2W}{m}}$
$v=\frac{x}{t}$
所以：用两根橡皮筋做实验打出的纸带上的点的最大间隔应该是用一根橡皮筋做实验打出的纸带上的点的$\sqrt{2}$倍． 
故答为：（1）拉力，（2）中间部分的点之间的距离比较大，而两端的点之间的距离比较小；（3）$\sqrt{2}$

点评 本题关键是结合探究功与速度变化关系的实验原理进行分析，如本实验中，明确小车的运动情况，先加速，再匀速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动，故需要测量匀速阶段的速度．