Question

3．如圖1，三個(gè)實(shí)驗(yàn)場景A、B、C分別是某同學(xué)按照課本中的要求所做的“研究勻變速度直線運(yùn)動規(guī)律”實(shí)驗(yàn)、“探究功與速變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)、“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)．該同學(xué)正確操作獲得了一系列紙帶，但由于忘了標(biāo)記，需要逐一對應(yīng)分析．圖2是該同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶，圖中紙帶上各點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連續(xù)打下的點(diǎn)．已知所用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器頻率為50Hz，完成以下問題．

（1）由圖2紙帶可求出加速度大小為2.5m/s²（保留兩位有效數(shù)字），該紙帶所對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)場景是A（填A(yù)、B或C），其理由是場景B變加速運(yùn)動，場景C接近重力加速度；
（2）對這三個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的有關(guān)分析正確的是：D
A．選用場景A的裝置來做“研究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須平衡摩擦力
B．選用場景C的裝置作“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)v=g t計(jì)算重物在t時(shí)刻的速度從而獲得動能
C．選用場景A的裝置在平衡摩擦力后可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
D．選用場景C的裝置作“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇下端帶橡膠墊的重物
（3）選用場景B的裝置來做“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)：ACD
A．必須平衡摩擦力
B．?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)測量紙帶全段的平均速度
C．?dāng)?shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)測量紙帶點(diǎn)跡均勻一段的平均速度
D．每次改變橡皮筋條數(shù)時(shí)釋放小車的位置應(yīng)重合．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)刻度讀數(shù)，根據(jù)加速度大小a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$，結(jié)合各自裝置的實(shí)驗(yàn)原理，即可判定；
（2）“研究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，不必須平衡摩擦力；“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，應(yīng)測量紙帶點(diǎn)跡均勻一段的平均速度，每次改變橡皮筋條數(shù)時(shí)釋放小車的位置不變；在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，若 v=g t計(jì)算重物在t時(shí)刻的速度，只是理論推導(dǎo)，不屬于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；
（3）在探究橡皮筋的拉力對小車所做的功與小車速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意：n根相同橡皮筋對小車做的功就等于系一根橡皮筋時(shí)對小車做的功的n倍，這個(gè)設(shè)計(jì)很巧妙地解決了直接去測量力和計(jì)算功的困難；該實(shí)驗(yàn)需要平衡摩擦力以保證動能的增量是只有橡皮筋做功而來；小車最大速度即為后來勻速運(yùn)動的速度．

解答 解：（1）由刻度尺讀數(shù)可知，第一個(gè)點(diǎn)11.6cm，第二個(gè)點(diǎn)13.1cm，第三個(gè)點(diǎn)14.7cm，第四個(gè)點(diǎn)16.4cm；
那么點(diǎn)與點(diǎn)間距為△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，
場景A的裝置來做“研究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律”實(shí)驗(yàn)，
依據(jù)斜面的傾斜程度，可知，加速度的大小不會太大；
場景B的裝置來做“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)處理，加速度是變化的；
選用場景C的裝置作“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，加速度為重力加速度，大小約為9.8m/s²，
由上分析，可知，加速度大小為2.5m/s²該紙帶所對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)場景是A，理由如上所述；
（2）A．選用場景A的裝置來做“研究勻變速直線運(yùn)動規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，是否受到摩擦力，與研究規(guī)律無關(guān)，因此不必須平衡摩擦力，故A錯(cuò)誤；
B、場景C的裝置作“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，若根據(jù)v=gt計(jì)算重物在t時(shí)刻的速度，只是理論推導(dǎo)，達(dá)到不實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的目的，故B錯(cuò)誤；
C、選用場景A的裝置在平衡摩擦力后，仍不能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，受到摩擦阻力較大，故C錯(cuò)誤；
D、選用場景C的裝置作“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇下端帶橡膠墊的重物，故D正確；
（3）ABC、當(dāng)橡皮筋做功完畢小車應(yīng)獲得最大速度，由于平衡了摩擦力所以小車以后要做勻速運(yùn)動，相鄰兩點(diǎn)間的距離基本相同．所以計(jì)算小車速度應(yīng)該選擇相鄰距離基本相同的若干個(gè)點(diǎn)作為小車的勻速運(yùn)動階段，用這些點(diǎn)計(jì)算小車的速度，故AC正確，B錯(cuò)誤；
D、我們用橡皮筋拉動小車的方法，來探究橡皮筋的拉力對小車所做的功與小車速度變化的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次保持橡皮筋的形變量一定，當(dāng)有n根相同橡皮筋并系在小車上時(shí)，n根相同橡皮筋對小車做的功就等于系一根橡皮筋時(shí)對小車做的功的n倍，所以每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長度必需要保持一致．故D正確；
故答案為：（1）2.5；A；場景B變加速運(yùn)動，場景C接近重力加速度；
（2）D；
（3）ACD．

點(diǎn)評 （1、2）考查各實(shí)驗(yàn)的原理，掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)中摩擦力對結(jié)果是否有影響，從而確定是否要平衡摩擦力，理解探究功與速度變化的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，改變橡皮筋條數(shù)與做功的多少關(guān)系，及注意求解速度的方法，區(qū)別理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．
（3）這是一道考查探究功與速度變化的關(guān)系的基礎(chǔ)題，是一道容易出錯(cuò)的題目．同學(xué)們在學(xué)習(xí)中應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)．