Question

在“探究做功與速度變化的關系”實驗中，常用的兩種實驗方案如圖所示：甲通過重物提供牽引力，小車在牽引力作用下運動，用打點計時器測量小車的速度，定量計算牽引力所做的功，進而探究牽引力所做功與小車速度的關系；乙通過不同條數橡皮筋的作用下將小車彈出，用打點計時器測量小車的速度，進而探究橡皮筋對小車所做功與其速度的關系．

（1）針對這兩種實驗方案，以下說法正確的是

AC

：
A．甲可以只打一條紙帶研究，而乙必須打足夠多條紙帶才能研究
B．甲中需要平衡小車運動中受到的阻力，而乙中不需要平衡阻力
C．甲中小車質量必須遠大于所掛重物的質量，而乙中小車質量沒有特別的要求
D．乙方案中，換用2根同樣的橡皮筋同一位置釋放，橡皮筋所做的功與一根橡皮筋拉至伸長量為原來2倍橡皮筋所做的功是一樣的
（2）某同學在實驗中打出的一條紙帶如圖所示，0、1、2…7為紙帶上連續(xù)打出的點，打點計時器的電源頻率為50Hz．根據這條紙帶，可以判斷他在實驗中采用的方案是

乙

（選填“甲”或“乙”），實驗中小車失去外力后的速度為

1.75

m/s

（3）在做完上述實驗后，某同學想利用實驗甲的裝置來實現(xiàn)完成“驗證機械能守恒”的實驗，請你評價下該同學能否實現(xiàn)實驗目的，若能，請簡要說明原理，若不能請說明理由？

不能．因為摩擦力對小車做功，小車和重物組成的系統(tǒng)機械能不守恒

．

Answer 1

分析：（1）甲打下一條紙帶，根據勻變速直線運動的推論可求得速度，測量出重物下落的距離，即可進行探究；而用橡皮筋牽引時，橡皮筋的彈性勢能轉化為小車的動能，實驗中需要改變拉力做功，選用不同條數的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數關系，需要打下多條紙帶．兩個實驗中都需要平衡摩擦力；
（2）在甲實驗中，小車做勻加速直線運動，根據推論：△x=aT²，在連續(xù)相等時間內位移應均勻增大；在乙實驗中，小車做變加速運動，失去橡皮筯的牽引力后做勻速直線運動．由紙帶上的數據看出，此小車最后做勻速運動，故他在實驗中采用的方案是乙．由公式v=

x

t

求小車失去外力后的速度．
（3）能用甲裝置驗證機械能守恒．因為對于小車機械能不守恒，而驗證系統(tǒng)的機械能守恒，必須測出長木板的傾角，結合紙帶記錄的數據，得到小車和重物下滑的高度，還需要測量木板的傾角．根據勻變速直線的推論求得速度，這樣就能驗證機械能守恒定律．

解答：解：（1）A、甲實驗中根據打下一條的紙帶，運用勻變速直線運動的推論可求得速度，并能根據紙帶測量出重物下落的距離，即可進行探究；
在乙實驗中，要改變拉力做功時，用不同條數的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數關系，所以必須打足夠多條紙帶才能研究，故A正確．
B、在兩個實驗中，小車下滑時受到重力、細線或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則都要用重力的下滑分量來平衡摩擦力，使得拉力做的功等于合外力對小車做的功，故B錯誤．
C、在甲實驗中，要用重物的重力替代細線的拉力，必須滿足這個條件：小車質量必須遠大于所掛重物的質量；而在實驗中，小車質量沒有特別的要求，故C正確．
D、由橡皮筯伸長長度越大，拉力越大，在乙實驗中，換用2根同樣的橡皮筋同一位置釋放，若橡皮筋伸長量變?yōu)樵瓉淼?倍，則橡皮筋做功增加大于原來的2倍，故D錯誤．
故選：AC．
（2）在甲實驗中，小車做勻加速直線運動，根據推論：△x=aT²，在連續(xù)相等時間內位移應均勻增大；在乙實驗中，小車先做變加速運動，在失去外力后做勻速直線運動．由紙帶上的數據看出，此小車最后做勻速運動，故他在實驗中采用的方案是乙．
由數據看出，打點4后小車失去外力，則速度為：v=

x

t

=

3.50+3.49+3.51

3×0.02

×10-2m/s=1.75m/s．
（3）不能．因為摩擦力對小車做功，小車和重物組成的系統(tǒng)機械能不守恒．
故答案為：（1）AC；（2）乙，1.75；（3）不能，因為摩擦力對小車做功，小車和重物組成的系統(tǒng)機械能不守恒．

點評：本題關鍵考查對兩種實驗方案的理解和評價能力．要結合探究功與速度變化關系的實驗原理進行分析，注意在乙實驗中需要測量是小車的最大速度即最后的速度大小，同時要正確應用數學知識進行數據處理．