Question

14．如圖1所示，某學生實驗小組借用“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置，進行“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗：

（1）實驗時使小車在砝碼和托盤的牽引下運動，以此定量探究細繩拉力做功與小車速度變化的關(guān)系．
①實驗準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙及如圖1所示的器材．若要完成該實驗，必需的實驗器材還有天平、刻度尺．

②為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調(diào)節(jié)墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運動．
③實驗開始時，先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行．這樣做的目的是D（填字母代號）．
A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動
B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰
C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動
D．可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力
（2）連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖2所示的紙帶．紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1s的相鄰計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G．

實驗時測得小車的質(zhì)量為M=200g，小車所受細繩的拉力為F=0.2N．
各計數(shù)點到O的距離為x，對應時刻小車的瞬時速度為V，小車所受拉力做的功為W．請補填表中空格（結(jié)果保留小數(shù)點后四位）．

計數(shù)點	x/m	V/（m•s-1）	V2/（m2•s-2）	W/J
A	0.1550	0.5560	0.3091	0.0310
B	0.2160	0.6555	0.4297	0.0432
C	0.2861	0.7550	0.5700	0.0572
D	0.3670	0.8570	0.7344	0.0734
E	0.4575
F	0.5575	1.051	1.105	0.1115
G	0.6677	1.150	1.323	0.1335

（3）為了驗證猜想，請根據(jù)（2）中收集的數(shù)據(jù)在圖3的坐標系中作出最能直觀反映W與V之間關(guān)系的圖象．

Answer 1

分析 根據(jù)該實驗的實驗原理、要求和減少誤差的角度分析，平衡摩擦力作用后，進行實驗過程中需要用刻度尺測量紙帶上點的距離，用天平測出小車的質(zhì)量，需要改變砝碼的質(zhì)量來代替小車的拉力．根據(jù)W=Fs求出砂桶及砂的總重力做功，根據(jù)勻變速直線運動的平均速度等于中點時刻的瞬時速度求初末位置的速度，即可得到動能的變化量，從而寫出探究結(jié)果表達式，根據(jù)此表達式分析所需要的測量儀器．

解答 解：（1）①根據(jù)本實驗的實驗原理是合外力所做的功等于動能的變化量，通過研究紙帶來研究小車的速度，利用天平測量小車的質(zhì)量，利用砝碼的重力代替小車的合外力，所以需要刻度尺來測量紙帶上點的距離和用天平測得小車的質(zhì)量，即還需要刻度尺，天平（帶砝碼）．
②為達到平衡摩擦力的目的，取下細繩和托盤，通過調(diào)節(jié)墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做勻速直線運動；
③實驗過程中，為減少誤差，提高實驗的精確度，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行，目的是消除摩擦帶來的誤差，即平衡摩擦力后，使細繩的拉力等于小車的合力，故ABC錯誤，D正確．故選：D．
（2）打E點的速度：v_E=$\frac{DF}{2T}$=$\frac{0.5575-0.3670}{2×0.1}$=0.9525m/s，v_E²=0.9525²≈0.9073m²/s²，功：W=mgh=0.2×10×0.4595≈0.0915J；
（3）根據(jù)表中各計數(shù)點的實驗數(shù)據(jù)在圖中標出對應的坐標點，并畫出v²-s圖線：

故答案為：（1）①天平、刻度尺；②勻速直線運動；③D；（2）0.9525；0.9073；0.0915；（3）圖象如圖所示．

點評 該題全面考查探究“合外力做功與物體動能變化的關(guān)系”實驗的原理，步驟，注意事項和數(shù)據(jù)的分析．這就要求我們隊該實驗由全面的掌握．題目的難度適中．明確實驗原理往往是解決實驗問題的關(guān)鍵，該實驗的一些操作和要求與探究力、加速度、質(zhì)量之間關(guān)系的實驗類似可以類比學習．