Question

17．在“探究做功与速度变化的关系”实验中，常用的两种实验方案如图所示：甲用质量已知的重物的重力作为牵引力，小车在牵引力作用下运动，用电磁打点计时器测量小车的速度，定量计算牵引力所做的功，进而探究牵引力所做功与小车速度的关系；乙通过不同条数橡皮筋的作用下将小车弹出，用电磁打点计时器测量小车的速度，进而探究橡皮筋对小车所做功与其速度的关系．

（1）为完成这两种实验方案，除了图1中所给出的实验器材外，实验还需要的图2器材中的BC（填字母编号）．
（2）针对这两种实验方案，以下说法正确的是AC：
A．甲可以只打一条纸带研究，而乙必须打足够多条纸带才能研究
B．甲中需要平衡小车运动中受到的阻力，而乙中不需要平衡阻力
C．甲中小车质量必须远大于所挂重物的质量，而乙中小车质量没有特别的要求
D．乙方案中，换用2根同样的橡皮筋同一位置释放，橡皮筋所做的功与一根橡皮筋拉至伸长量为原来2倍橡皮筋所做的功是一样的．
（3）某同学在实验中打出的一条纸带如图所示，0、1、2…7为纸带上连续打出的点，打点计时器的电源频率为50Hz．据此可以判断他在实验中采用的方案是乙（选填“甲”或“乙”），由此纸带得到的该实验方案中所需测的速度为1.75m/s．

Answer 1

分析 （1）电磁式打点计时器需要低压交流电源，需要刻度尺测量纸带的长度；
（2）甲打下一条纸带，根据匀变速直线运动的推论可求得速度，测量出重物下落的距离，即可进行探究；而用橡皮筋牵引时，橡皮筋的弹性势能转化为小车的动能，实验中需要改变拉力做功，选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才有倍数关系，需要打下多条纸带．两个实验中都需要平衡摩擦力；
（3）在甲实验中，小车做匀加速直线运动，根据推论：△x=aT²，在连续相等时间内位移应均匀增大；在乙实验中，小车做变加速运动，失去橡皮筯的牵引力后做匀速直线运动．由纸带上的数据看出，此小车最后做匀速运动，故他在实验中采用的方案是乙．由公式v=$\frac{x}{t}$求小车失去外力后的速度．

解答 解：（1）电磁式打点计时器需要低压交流电源，需要刻度尺测量纸带的长度，本实验不需要测量质量，所以不需要天平，打点计时器有计时功能，所以不需要秒表，故BC正确．
故选：BC
（2）A、甲实验中根据打下一条的纸带，运用匀变速直线运动的推论可求得速度，并能根据纸带测量出重物下落的距离，即可进行探究；
在乙实验中，要改变拉力做功时，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才有倍数关系，所以必须打足够多条纸带才能研究，故A正确．
B、在两个实验中，小车下滑时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则都要用重力的下滑分量来平衡摩擦力，使得拉力做的功等于合外力对小车做的功，故B错误．
C、在甲实验中，要用重物的重力替代细线的拉力，必须满足这个条件：小车质量必须远大于所挂重物的质量；而在实验中，小车质量没有特别的要求，故C正确．
D、由橡皮筯伸长长度越大，拉力越大，在乙实验中，换用2根同样的橡皮筋同一位置释放，若橡皮筋伸长量变为原来的2倍，则橡皮筋做功增加大于原来的2倍，故D错误．
故选：AC．
（3）在甲实验中，小车做匀加速直线运动，根据推论：△x=aT²，在连续相等时间内位移应均匀增大；在乙实验中，小车先做变加速运动，在失去外力后做匀速直线运动．由纸带上的数据看出，此小车最后做匀速运动，故他在实验中采用的方案是乙．
由数据看出，打点4后小车失去外力，则速度为：v=$\frac{x}{t}=\frac{0.0350+0.0349+0.0351}{0.06}$m/s=1.75m/s．
故答案为：（1）BC；（2）AC；（3）乙；1.75

点评 本题关键考查对两种实验方案的理解和评价能力．要结合探究功与速度变化关系的实验原理进行分析，注意在乙实验中需要测量是小车的最大速度即最后的速度大小，同时要正确应用数学知识进行数据处理．