Question

4．如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．这时，橡皮筋对小车做功记为W．当用2条、3条、…、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图2为某次实验中打出的纸带．
（1）除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有毫米刻度尺．
（2）实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是平衡摩擦力．
（3）每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的点迹间隔相等部分进行测量．
（4）从理论上讲，橡皮筋做的功W_n与物体获得的速度v_n之间的关系是W_n∝v²．

Answer 1

分析 （1）根据实验原理可明确应需要的器材；
（2）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；
（3）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．
（4）根据动能定理可分析做功与速度间的关系．

解答 解：（1）本实验中需要求出小车的速度，故应先测量纸带上两点间的距离，故需要毫米刻度尺；
（2）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．
（3）纸带在橡皮条的作用下做加速运动，橡皮条做功完毕，则速度达到最大，此后做匀速运动，因此匀速时的速度即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带的点距均匀部分测量；
（4）由动能定理可知，合外力做的功应等于物体动能的变化量，所以W与v²成正比，即：W_n∝v_n²，
故答案为：（1）毫米刻度尺；（2）平衡小车所受的摩擦力；（3）点距均匀；（4）v_n²

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．