Question

20．某同學做探究動能定理的實驗，如圖所示，圖1中小車在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功為W．當用2條，3條…實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致．每次實驗中小車獲得的速度都由打點計時器所打的紙帶測出．
（1）除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和A（填“A”或“B”）電源．
A、交流        B、直流
（2）實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡掉摩擦阻力，需要在左（填“左”或“右”）側墊高木板．

（3）在正確操作情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的HK部分進行測量（根據圖2所示的紙帶回答，電源所用頻率為50Hz）．測量的速度應為0.67m/s（結果保留兩位有效數字）
（4）在用如圖1所示的裝置做“探究動能定理”的實驗時，下列說法正確的是ADG
A．實驗中所用橡皮筋的規格（長度、粗細、材料等）要相同
B．實驗中所用橡皮筋的規格（長度、粗細、材料等）可以不相同
C．通過改變小車的質量改變拉力做功的數值
D．在小車每次都從同一位置釋放的前提下，通過改變橡皮筋的條數改變拉力做功的數值
E．通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數值
F．需要通過打點計時器打下的紙帶來計算小車加速過程中運動的距離
G．需要通過打點計時器打下的紙帶來計算小車加速過程中獲得的最大速度的大小
H．需要通過打點計時器打下的紙帶來計算小車加速過程中獲得的平均速度的大小
（5）若實驗作了n次，所用橡皮筋分別為1根、2根…n根，通過紙帶求出小車的速度分別為v₁、v₂…v_n，用W表示橡皮筋對小車所做的功，作出的W-v²圖線是一條過原點的傾斜的直線，根據圖象還可以求得小車的質量．

Answer 1

分析 （1）打點計時器的電源應該選用交流電源；
（2）當小車勻速運動下滑明，受到的摩擦阻力被重力沿斜面向下的分力平衡；
（3）要測量最大速度，應該選用點跡均勻的部分．最大速度v由公式v=$\frac{x}{t}$求解；
（4）小車在水平的平面上被橡皮筋拉動做功，導致小車的動能發生變化．小車的速度由紙帶上打點來計算，從而能求出小車的動能變化．每次實驗時橡皮筋伸長的長度都要一致，則一根做功記為W，兩根則為2W，然后通過列表描點作圖探究出功與動能變化的關系；
（5）根據做功公式求出W與v²的關系式即可求解．

解答 解：（1）打點計時器的電源應該選用交流電源，打點計時器打點周期等于交流電的周期，
故選：A
（2）實驗中可以適當抬高木板的左側來平衡摩擦阻力．受力平衡時，小車應做勻速直線運動，所以正確的做法是：放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可．
（3）我們要驗證的是“合力做功和物體速度變化的關系”，小車的初速度為零，故需要知道做功完畢的末速度即最大速度v，此后小車做的是勻速運動，故應測紙帶上的勻速運動部分，由紙帶的間距可知，間距均勻的為勻速運動部分，應測量HK部分，
最大速度 v_m=$\frac{HK}{2T}=\frac{0.0134+0.0134}{0.04}$=0.67m/s
（4）A、實驗中每根橡皮筋做功均是一樣的，所以所用橡皮筋必須相同，且伸長的長度也相同．故A正確，B錯誤；
C、通過改變橡皮筋的條數來改變拉力做的功，故CE錯誤，D正確；
由于小車在橡皮筋的作用下而運動，橡皮筋對小車做的功與使小車能獲得的最大速度有關，故G正確，FH錯誤；
故選：ADG
（5）合外力做的功為W=$\frac{1}{2}M{v}^{2}$，則W-v²圖象是一條過原點的傾斜的直線，根據圖象求得直線斜率為k，所以M=2k，即根據圖象可以求得小車的質量．
故答案：（1）A；（2）左；（3）HK，0.67；（4）ADG；（5）過原點的傾斜的直線；小車的質量

點評 本題涉及打點計時器的工作原理，要知道打點計時器應該選用交流電源，理解探究功與速度變化關系實驗的原理，從實驗原理的角度分析即可．