Question

6．“探究功与速度变化的关系”的试验装置如图甲所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W．当用2条、3条、4条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次…实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W…，每次试验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出．

（1）实验仪器安装时，适当垫高木板的目的是平衡小车所受的摩擦力．
（2）每次实验小车必须从同一位置由静止弹出的目的是保证让橡皮筋的功能有倍数关系．
（3）图乙给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB=1.48cm，BC=1.60cm，CD=1.62cm，DE=1.62cm．已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度vm=0.81m/s．（结果保留两位有效数字）

Answer 1

分析 1．小车下滑时受到重力、细线的拉力、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；
2．橡皮筋对小车做的功我们没法直接测量，所以我们是通过改变橡皮筋的条数的方法来改变功，每次实验小车必须从同一位置由静止弹出的目的是保证让橡皮筋的功能有倍数关系；
3．小车先在橡皮条的拉动下做加速运动，当橡皮条恢复原长时，拉力减为零，小车由于惯性继续做匀速运动，因此小车匀速时的速度就是该过程中的最大速度．橡皮筋做功结束时小车的速度最大，此时做匀速运动，根据v=$\frac{x}{t}$求解速度．

解答 解：（1）小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力，故可以将长木板的一段垫高平衡小车所受的摩擦力．
（2）橡皮筋对小车做的功我们没法直接测量，所以我们是通过改变橡皮筋的条数的方法来改变功，为了让橡皮筋的功能有倍数关系就要求将橡皮筋拉到同一位置处，每次实验小车必须从同一位置由静止弹出的目的是保证让橡皮筋的功能有倍数关系．
（3）纸带在橡皮条的作用下做加速运动，橡皮条做功完毕，则速度达到最大，此后做匀速运动，因此匀速时的速度即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带的CD段或DE段，最大速度：$v=\frac{\overline{CD}}{t}=\frac{1.62×1{0}^{-2}}{0.02}m/s=0.81$m/s
故答案为：（1）平衡小车所受的摩擦力；（2）保证让橡皮筋的功能有倍数关系；（3）0.81

点评 本题关键是结合探究功与速度变化关系的实验原理进行分析，如本实验中，明确小车的运动情况，先加速，再匀速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动，故需要测量匀速阶段的速度．