Question

4．如圖1所示是某研究性學習小組的同學做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關系”的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形．這時，橡皮筋對小車做功記為W．當用2條、3條、…、n條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、…、第n次實驗時，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放．小車每次實驗中獲得的速度可以由打點計時器所打的紙帶測出，圖2為某次實驗中打出的紙帶．
（1）除了圖中已給出的實驗器材和電源外，還需要的器材有毫米刻度尺．
（2）實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動，應采取的措施是平衡摩擦力．
（3）每次實驗得到的紙帶上的點分布并不都是均勻的，為了測量小車最終獲得的末速度，應選用紙帶的點跡間隔相等部分進行測量．
（4）從理論上講，橡皮筋做的功W_n與物體獲得的速度v_n之間的關系是W_n∝v²．

Answer 1

分析 （1）根據實驗原理可明確應需要的器材；
（2）小車下滑時受到重力、細線的拉力、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）小車先在橡皮條的拉動下做加速運動，當橡皮條恢復原長時，拉力減為零，小車由于慣性繼續做勻速運動，因此小車勻速時的速度就是該過程中的最大速度．
（4）根據動能定理可分析做功與速度間的關系．

解答 解：（1）本實驗中需要求出小車的速度，故應先測量紙帶上兩點間的距離，故需要毫米刻度尺；
（2）小車下滑時受到重力、細線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應該用重力的下滑分量來平衡摩擦力，故可以將長木板的一段墊高平衡小車所受的摩擦力．
（3）紙帶在橡皮條的作用下做加速運動，橡皮條做功完畢，則速度達到最大，此后做勻速運動，因此勻速時的速度即為該過程中的最大速度，故為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的點距均勻部分測量；
（4）由動能定理可知，合外力做的功應等于物體動能的變化量，所以W與v²成正比，即：W_n∝v_n²，
故答案為：（1）毫米刻度尺；（2）平衡小車所受的摩擦力；（3）點距均勻；（4）v_n²

點評 本題關鍵是結合探究功與速度變化關系的實驗原理進行分析，如本實驗中，明確小車的運動情況，先加速，再勻速，橡皮條做功完畢，速度最大，做勻速運動，故需要測量勻速階段的速度．