Question

4．如圖1所示是某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，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(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功記為W．當(dāng)用2條、3條、…、n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…、第n次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放．小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出，圖2為某次實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶．
（1）除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外，還需要的器材有毫米刻度尺．
（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是平衡摩擦力．
（3）每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)分布并不都是均勻的，為了測(cè)量小車最終獲得的末速度，應(yīng)選用紙帶的點(diǎn)跡間隔相等部分進(jìn)行測(cè)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(guān)系是W_n∝v²．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可明確應(yīng)需要的器材；
（2）小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)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(dòng)下做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橡皮條恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，拉力減為零，小車由于慣性繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)，因此小車勻速時(shí)的速度就是該過程中的最大速度．
（4）根據(jù)動(dòng)能定理可分析做功與速度間的關(guān)系．

解答 解：（1）本實(shí)驗(yàn)中需要求出小車的速度，故應(yīng)先測(cè)量紙帶上兩點(diǎn)間的距離，故需要毫米刻度尺；
（2）小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)線的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應(yīng)該用重力的下滑分量來(lái)平衡摩擦力，故可以將長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)，橡皮條做功完畢，則速度達(dá)到最大，此后做勻速運(yùn)動(dòng)，因此勻速時(shí)的速度即為該過程中的最大速度，故為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的點(diǎn)距均勻部分測(cè)量；
（4）由動(dòng)能定理可知，合外力做的功應(yīng)等于物體動(dòng)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(diǎn)距均勻；（4）v_n²

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵是結(jié)合探究功與速度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行分析，如本實(shí)驗(yàn)中，明確小車的運(yùn)動(dòng)情況，先加速，再勻速，橡皮條做功完畢，速度最大，做勻速運(yùn)動(dòng)，故需要測(cè)量勻速階段的速度．