Question

20．甲、乙两个实验小组采用了不同的方法“探究动能定理”
（1）甲实验小组利用如图1所示生物实验装置，探究外力对滑块做功与滑块动能变化的关系．
①实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，气源供气后，利用现有器材如何判断导轨是否水平？答：
将滑块轻轻放在导轨上，看滑块是否静止，如果滑块静止，则导轨水平

②如图2所示，用游标卡尺测得遮光片的宽度d=1.560cm，实验时将滑块从如图1所示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光片通过光电门的时间△t=0.624×10^-2s，则滑块经过光电门的瞬时速度为2.50m/s（保留三位有效数字），在本次实验中还需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块与挡光片的总质量M和滑块在运动起点时遮光片与光电门之间的距离L（文字说明并用相应的字母表示）．

③本实验中，外力对滑块做功W的表达式为mgL，滑块（和遮光片）动能变化量E_k2-E_k1的表达式为$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²，通过几次实验，若两者在误差允许的范围内相等，从而说明合外力对滑块做功等于滑块动能变化量．
④本实验中产生系统误差的主要因素是：钩码的重力大于滑块受到的拉力，功的测量值偏大
（2）乙实验小组用如图3提供的实验器材进行实验，在“探究动能定理”的实验中，需要用电磁打点计时器记录小车带动纸袋运动的情况，如图3所示，给电磁打点计时器提供的电源是C（选填序号）A.4节干电池；B.3节干电池；C．学生电源4V-6V，交流输出；D．学生电源4V-6V，直流输出；步骤如下：A．将打点计时器固定在长木板上，纸袋连接在小车上并穿过打点计时器的限位孔；B．平衡摩擦力，在长木板上的左端下面垫上木板反复移动木块的位置直到小车在斜面上保持匀速直线运动状态；C．将一根橡皮筋按如图3方式连接在小车上，调整小车位置，在弹性限度内使橡皮筋的形变大一些，记下小车开始运动时的位置；D．接通打点计时器的电源，将打点计时器工作稳定后释放小车，得到一条打了一系列印迹的纸带，在纸带上标明所对应的橡皮筋条数；E．测出纸带上打点均匀部分的最大点间距，并求出最大间隔对应的平均速度，这就是小车的最大速度Vm；F．改变橡皮筋的条数，重复上述实验，把橡皮筋条数n和对应的最大速度的平方${v}_{m}^{2}$记录在表格内．

实验次数	1	2	3	4	5	6
橡皮筋条数 m	1	2	3	4	5	6
小车最大速度的平方vm2/m2•s-2	vm12	vm22	vm32	vm42	vm52	vm62

根据以上实验步骤回答下列问题：
①采用平衡摩擦力的方法可使小车做匀速直线运动，简要说明判断小车做匀速直线运动比较精确的方法．答：小车拖动纸袋运动，测量打点计时器在纸袋上打出的每两点间的间隔是否相等，若相等，说明小车做匀速直线运动
②实验步骤F，“改变橡皮筋的条数，重复上述实验”中，各个橡皮筋是以串联方式还是以并联方式接在小车上？答：并联
③在上述实验中，每一次实验，不同数量的橡皮筋对小车做功的大小不能直接测量，需要转化成另一个量表示，请你说明不同数量的橡皮筋对小车做功的大小用什么量表示？在用此量表示时，需要注意什么？答：用并联橡皮筋条数n表示橡皮筋对小车做功的多少．需要注意的是，每次实验，小车都应该从同一位置释放
④采用什么方法寻找橡皮筋对小车做功与小车动能变化的关系？答：验算每一次实验小车最大速度v_m的平方与该次实验橡皮筋的条数n之比是否为相等．若各次的比值在误差允许范围内相等，说明小车的动能变化量与拉力对小车做的功成正比．或：以橡皮筋条数n为坐标系的横轴、v_m²为纵轴，建立坐标系，根据测量的数据在坐标系上描出相应的数据点，将这些点连接，若是通过原点的一条直线，就说明小车的动能变化量与拉力对小车做的功成正比．

Answer 1

分析 （1）把滑块轻放在导轨上如果滑块静止不动，则说明导轨是水平的；
游标卡尺主尺与游标尺的示数之和是游标卡尺示数；
应用速度公式可以求出滑块的速度，应用动能定理求出实验需要验证的表达式，然后根据表达式分析答题．
（2）电磁打点计时器使用4V～6V交流电源．
①打点计时器每隔0.02s打一个点，根据相邻计数点间距离的变化，分析小车是否做匀速直线运动．
②各个橡皮筋是以并联方式接在小车上，使得每根橡皮筯做功相同．
③各个橡皮筋并联，要使它们每次做功相等，橡皮筯要相同，需要注意的是，每次实验，小车都应该从同一位置释放．
④可作出W-v²图象，分析图象的形状来判断橡皮筋对小车做功与小车动能变化的关系

解答 解：（1）①实验前需要调整气垫导轨底座使之水平，气源供气后，将滑块轻轻放在导轨上，看滑块是否静止，如果滑块静止，则导轨水平．
②由图2所示游标卡尺可知，遮光片的宽度：d=15mm+12×0.05mm=15.60mm=1.560cm；
滑块经过光电门的瞬时速度：v=$\frac{d}{△t}$=$\frac{0.01560}{0.624×1{0}^{-2}}$=2.50m/s；
由动能定理可得：mgL=$\frac{1}{2}$Mv²-0，即：mgL=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²，实验需要测量的物理量有：钩码的质量m、滑块与挡光片的总质量M、滑块在运动起点时遮光片与光电门之间的距离L．
③本实验中，外力对滑块做功W的表达式为：W=mgL，滑块（和遮光片）动能变化量E_k2-E_k1=$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²，通过几次实验，若两者在误差允许的范围内相等，从而说明合外力对滑块做功等于滑块动能变化量．
④本实验中产生系统误差的主要因素是：钩码的重力大于滑块受到的拉力，功的测量值偏大．
（2）给电磁打点计时器提供的电源是学生电源4V～6V，交流输出，故ABD错误，C正确．故选：C．
①小车拖动纸袋运动，测量打点计时器在纸袋上打出的每两点间的间隔是否相等，若相等，说明小车做匀速直线运动．
②各个橡皮筋是以并联方式接在小车上，使得每根橡皮筯做功相同．    
③用并联橡皮筋条数n表示橡皮筋对小车做功的多少．需要注意的是，每次实验，小车都应该从同一位置释放．
④验算每一次实验小车最大速度vm的平方与该次实验橡皮筋的条数n之比是否为相等．若各次的比值在误差允许范围内相等，说明小车的动能变化量与拉力对小车做的功成正比．或：以橡皮筋条数n为坐标系的横轴、v_m²为纵轴，建立坐标系，根据测量的数据在坐标系上描出相应的数据点，将这些点连接，若是通过原点的一条直线，就说明小车的动能变化量与拉力对小车做的功成正比．
故答案为：（1）①将滑块轻轻放在导轨上，看滑块是否静止，如果滑块静止，则导轨水平；②1.560；2.50；滑块与挡光片的总质量M；滑块在运动起点时遮光片与光电门之间的距离L；③mgL；$\frac{1}{2}$M（$\frac{d}{△t}$）²；④钩码的重力大于滑块受到的拉力，功的测量值偏大；
（2）C；①小车拖动纸袋运动，测量打点计时器在纸袋上打出的每两点间的间隔是否相等，若相等，说明小车做匀速直线运动． ②并联．③用并联橡皮筋条数n表示橡皮筋对小车做功的多少．需要注意的是，每次实验，小车都应该从同一位置释放．④验算每一次实验小车最大速度v_m的平方与该次实验橡皮筋的条数n之比是否为相等．若各次的比值在误差允许范围内相等，说明小车的动能变化量与拉力对小车做的功成正比．或：以橡皮筋条数n为坐标系的横轴、v_m²为纵轴，建立坐标系，根据测量的数据在坐标系上描出相应的数据点，将这些点连接，若是通过原点的一条直线，就说明小车的动能变化量与拉力对小车做的功成正比．

点评 解决本题关键要理解并掌握实验原理与实验注意事项，同时注意数据处理时注意数学知识的应用，能够应用图象分析物理规律．