Question

4．某同学为了探究“功与速度变化的关系”，设计了如下实验：实验装置如图1所示，小车由静止开始释放，让其拖着纸带做匀加速运动，打下的纸带如图2所示，O为打下的第1个点，A、B、C、D、E、F、G为计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，O、A之间还有若干个点未画出．为了探究合外力功与小车速度变化的关系，该同学已经测量了OB的距离并算出了打下B、C、D、E、F点时小车的速度，同时在建立的坐标系（图3）中将纵轴取值为各计数点速度的平方即V²．

（1）该实验只要探究小车的位移和速度的平方变化关系就可以探知合外力的功与速度的变化关系；
（2）该实验需要平衡小车所受的摩擦力吗？需要．
（3）建立的坐标系横坐标应为各计数点到O点的距离．

Answer 1

分析 解决实验问题首先要掌握该实验原理，了解实验的操作步骤和数据处理以及注意事项．其中平衡摩擦力的原因以及做法在实验中应当清楚，再结合动能定理分析即可．

解答 解：（1、2）本实验探究合外力做功与速度变化关系，实验中用重物重力代替小车受到的合外力，所以实验前需要平衡摩擦力，
根据动能定理得：
$mgx=\frac{1}{2}M{v}^{2}$
则${v}^{2}=\frac{2mg}{M}x$，所以该实验只要探究小车的位移与速度的平方变化关系就可以探知合外力的功与速度的变化关系，
（2）根据${v}^{2}=\frac{2mg}{M}x$可知，建立的坐标系时纵坐标为v²，横坐标应为各计数点到O点的距离．
故答案为：（1）位移；（2）需要；（3）各计数点到O点的距离

点评 明确“探究恒力做功与动能改变的关系”实验的实验原理及方法是求解本题的关键．对于实验我们要清楚每一项操作存在的理由．比如为什么要平衡摩擦力，为什么要先接通电源后释放纸带等．这样问题我们要从实验原理和减少实验误差方面去解决．