Question

4．某同學(xué)為了探究“功與速度變化的關(guān)系”，設(shè)計了如下實驗：實驗裝置如圖1所示，小車由靜止開始釋放，讓其拖著紙帶做勻加速運(yùn)動，打下的紙帶如圖2所示，O為打下的第1個點(diǎn)，A、B、C、D、E、F、G為計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出，O、A之間還有若干個點(diǎn)未畫出．為了探究合外力功與小車速度變化的關(guān)系，該同學(xué)已經(jīng)測量了OB的距離并算出了打下B、C、D、E、F點(diǎn)時小車的速度，同時在建立的坐標(biāo)系（圖3）中將縱軸取值為各計數(shù)點(diǎn)速度的平方即V²．

（1）該實驗只要探究小車的位移和速度的平方變化關(guān)系就可以探知合外力的功與速度的變化關(guān)系；
（2）該實驗需要平衡小車所受的摩擦力嗎？需要．
（3）建立的坐標(biāo)系橫坐標(biāo)應(yīng)為各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離．

Answer 1

分析 解決實驗問題首先要掌握該實驗原理，了解實驗的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實驗中應(yīng)當(dāng)清楚，再結(jié)合動能定理分析即可．

解答 解：（1、2）本實驗探究合外力做功與速度變化關(guān)系，實驗中用重物重力代替小車受到的合外力，所以實驗前需要平衡摩擦力，
根據(jù)動能定理得：
$mgx=\frac{1}{2}M{v}^{2}$
則${v}^{2}=\frac{2mg}{M}x$，所以該實驗只要探究小車的位移與速度的平方變化關(guān)系就可以探知合外力的功與速度的變化關(guān)系，
（2）根據(jù)${v}^{2}=\frac{2mg}{M}x$可知，建立的坐標(biāo)系時縱坐標(biāo)為v²，橫坐標(biāo)應(yīng)為各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離．
故答案為：（1）位移；（2）需要；（3）各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離

點(diǎn)評 明確“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實驗的實驗原理及方法是求解本題的關(guān)鍵．對于實驗我們要清楚每一項操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．這樣問題我們要從實驗原理和減少實驗誤差方面去解決．