题目内容

3．如图1，三个实验场景A、B、C分别是某同学按照课本中的要求所做的“研究匀变速度直线运动规律”实验、“探究功与速变化的关系”实验、“验证机械能守恒定律”实验．该同学正确操作获得了一系列纸带，但由于忘了标记，需要逐一对应分析．图2是该同学在实验中获得的一条纸带，图中纸带上各点是打点计时器连续打下的点．已知所用打点计时器频率为50Hz，完成以下问题．

（1）由图2纸带可求出加速度大小为2.5m/s2（保留两位有效数字），该纸带所对应的实验场景是A（填A、B或C），其理由是场景B变加速运动，场景C接近重力加速度；
（2）对这三个实验操作的有关分析正确的是：D
A．选用场景A的装置来做“研究匀变速直线运动规律”实验时，必须平衡摩擦力
B．选用场景C的装置作“验证机械能守恒定律”的实验时，可根据v=g t计算重物在t时刻的速度从而获得动能
C．选用场景A的装置在平衡摩擦力后可验证机械能守恒定律
D．选用场景C的装置作“验证机械能守恒定律”的实验时应选择下端带橡胶垫的重物
（3）选用场景B的装置来做“探究功与速度变化的关系”实验时：ACD
A．必须平衡摩擦力
B．数据处理时应测量纸带全段的平均速度
C．数据处理时应测量纸带点迹均匀一段的平均速度
D．每次改变橡皮筋条数时释放小车的位置应重合．

分析 （1）依据刻度读数，根据加速度大小a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$，结合各自装置的实验原理，即可判定；
（2）“研究匀变速直线运动规律”实验时，不必须平衡摩擦力；“探究功与速度变化的关系”实验时数据处理时，应测量纸带点迹均匀一段的平均速度，每次改变橡皮筋条数时释放小车的位置不变；在“验证机械能守恒定律”的实验，若 v=g t计算重物在t时刻的速度，只是理论推导，不属于实验验证；
（3）在探究橡皮筋的拉力对小车所做的功与小车速度变化的关系的实验中应注意：n根相同橡皮筋对小车做的功就等于系一根橡皮筋时对小车做的功的n倍，这个设计很巧妙地解决了直接去测量力和计算功的困难；该实验需要平衡摩擦力以保证动能的增量是只有橡皮筋做功而来；小车最大速度即为后来匀速运动的速度．

解答 解：（1）由刻度尺读数可知，第一个点11.6cm，第二个点13.1cm，第三个点14.7cm，第四个点16.4cm；
那么点与点间距为△x=0.1cm；加速度大小a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$=$\frac{0.1×1{0}^{-2}}{0.0{2}^{2}}$=2.5m/s2，
场景A的装置来做“研究匀变速直线运动规律”实验，
依据斜面的倾斜程度，可知，加速度的大小不会太大；
场景B的装置来做“探究功与速度变化的关系”实验时数据处理，加速度是变化的；
选用场景C的装置作“验证机械能守恒定律”的实验，加速度为重力加速度，大小约为9.8m/s2，
由上分析，可知，加速度大小为2.5m/s2该纸带所对应的实验场景是A，理由如上所述；
（2）A．选用场景A的装置来做“研究匀变速直线运动规律”实验时，是否受到摩擦力，与研究规律无关，因此不必须平衡摩擦力，故A错误；
B、场景C的装置作“验证机械能守恒定律”的实验时，若根据v=gt计算重物在t时刻的速度，只是理论推导，达到不实验验证的目的，故B错误；
C、选用场景A的装置在平衡摩擦力后，仍不能验证机械能守恒定律，受到摩擦阻力较大，故C错误；
D、选用场景C的装置作“验证机械能守恒定律”的实验时应选择下端带橡胶垫的重物，故D正确；
（3）ABC、当橡皮筋做功完毕小车应获得最大速度，由于平衡了摩擦力所以小车以后要做匀速运动，相邻两点间的距离基本相同．所以计算小车速度应该选择相邻距离基本相同的若干个点作为小车的匀速运动阶段，用这些点计算小车的速度，故AC正确，B错误；
D、我们用橡皮筋拉动小车的方法，来探究橡皮筋的拉力对小车所做的功与小车速度变化的关系，实验时，每次保持橡皮筋的形变量一定，当有n根相同橡皮筋并系在小车上时，n根相同橡皮筋对小车做的功就等于系一根橡皮筋时对小车做的功的n倍，所以每次实验中，橡皮筋拉伸的长度必需要保持一致．故D正确；
故答案为：（1）2.5；A；场景B变加速运动，场景C接近重力加速度；
（2）D；
（3）ACD．

点评 （1、2）考查各实验的原理，掌握根据实验中摩擦力对结果是否有影响，从而确定是否要平衡摩擦力，理解探究功与速度变化的关系实验中，改变橡皮筋条数与做功的多少关系，及注意求解速度的方法，区别理论推导与实验验证．
（3）这是一道考查探究功与速度变化的关系的基础题，是一道容易出错的题目．同学们在学习中应注意实验的细节．

练习册系列答案
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