题目内容

12.“探究功与物体速度变化的关系”的实验如图(甲)所示,当小车在一条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W,当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致,每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.
(1)实验中的打点计时器应使用交流电源(选填“直流”或“交流”),在进行该实验前需要(选填“需要”或“不需要”)平衡摩擦实验操作.
(2)某同学在实验时将木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是B
A、橡皮筋处于原长状态         B、橡皮筋仍处于伸长状态
C、小车已过两个铁钉的连线     D、小车未过两个铁钉的连线
(3)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,如图(乙)所示,每相邻计数点的时间间隔均为0.10s,则小车获得的最大速度为1.15m/s.

分析 (1)现在通过实验来探究功与物体动能变化关系,小车的速度由纸带上打的点测量位移,用平均速度来计算,因此需要刻度尺,打点计时器使用的是交流电源,因探究功与速度变化关系,因此必须平衡摩擦力;
(2)在利用橡皮筋探究功与速度变化关系的实验时,应选取几条完全相同的橡皮筋,为使它们每次做的功相同,橡皮筋拉伸的长度必要保持一致;小车的运动是先加速后匀速.
(3)若木板是水平放置的,则小车在运动过程中要受到滑动摩擦力,小车先加速后减速;当小车速度达最大时,小车的合力为零,所以要分析点迹均匀的一段纸带即可.

解答 解:(1)探究橡皮筋做功与小车的动能变化的关系,则小车的速度根据纸带上所打的点,通过测量位移,求平均速度来代替瞬时速度.因此要使打点计时器能工作,必须接交流电源;
因橡皮筋做功即为合外力做功,因此必须平衡摩擦力,
(2)若木板是水平放置的,则小车在运动过程中要受到滑动摩擦力,当小车速度达最大时,则小车的合力为零.所以除摩擦力外,还有橡皮筋的拉力.因此橡皮筋处于伸长状态.故选:B.
(3)
小车先加速,后匀速,最后减速运动
在加速过程中,橡皮条在做正功,故需要测量最大速度,即匀速运动的速度,因而需要选用间隔均匀的点,即G-K点,打点计时器每隔0.02s打一次点,故最大速度为:
v=$\frac{x}{T}$=$\frac{0.023}{0.02}$m/s=1.15m/s
故答案为:(1)交流,需要;(2)B;(3)1.15m/s.

点评 小车的速度通过纸带上点求出,而小车的动能完全是由橡皮筋做功而导致的.同时巧用一根橡皮筋做功为W,两根橡皮筋则为2W,但每根伸长的长度必须相同,该实验中小车的运动情况是先加速,再匀速,最后减速,橡皮条做功完毕,速度最大,做匀速运动,故需要测量匀速阶段的速度.

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