Question

20．甲、乙兩個實驗小組采用了不同的方法“探究動能定理”
（1）甲實驗小組利用如圖1所示生物實驗裝置，探究外力對滑塊做功與滑塊動能變化的關(guān)系．
①實驗前需要調(diào)整氣墊導軌底座使之水平，氣源供氣后，利用現(xiàn)有器材如何判斷導軌是否水平？答：
將滑塊輕輕放在導軌上，看滑塊是否靜止，如果滑塊靜止，則導軌水平

②如圖2所示，用游標卡尺測得遮光片的寬度d=1.560cm，實驗時將滑塊從如圖1所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器讀出遮光片通過光電門的時間△t=0.624×10^-2s，則滑塊經(jīng)過光電門的瞬時速度為2.50m/s（保留三位有效數(shù)字），在本次實驗中還需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、滑塊與擋光片的總質(zhì)量M和滑塊在運動起點時遮光片與光電門之間的距離L（文字說明并用相應(yīng)的字母表示）．

③本實驗中，外力對滑塊做功W的表達式為mgL，滑塊（和遮光片）動能變化量E_k2-E_k1的表達式為$\frac{1}{2}$M（$\fracgksd65l{△t}$）²，通過幾次實驗，若兩者在誤差允許的范圍內(nèi)相等，從而說明合外力對滑塊做功等于滑塊動能變化量．
④本實驗中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要因素是：鉤碼的重力大于滑塊受到的拉力，功的測量值偏大
（2）乙實驗小組用如圖3提供的實驗器材進行實驗，在“探究動能定理”的實驗中，需要用電磁打點計時器記錄小車帶動紙袋運動的情況，如圖3所示，給電磁打點計時器提供的電源是C（選填序號）A.4節(jié)干電池；B.3節(jié)干電池；C．學生電源4V-6V，交流輸出；D．學生電源4V-6V，直流輸出；步驟如下：A．將打點計時器固定在長木板上，紙袋連接在小車上并穿過打點計時器的限位孔；B．平衡摩擦力，在長木板上的左端下面墊上木板反復移動木塊的位置直到小車在斜面上保持勻速直線運動狀態(tài)；C．將一根橡皮筋按如圖3方式連接在小車上，調(diào)整小車位置，在彈性限度內(nèi)使橡皮筋的形變大一些，記下小車開始運動時的位置；D．接通打點計時器的電源，將打點計時器工作穩(wěn)定后釋放小車，得到一條打了一系列印跡的紙帶，在紙帶上標明所對應(yīng)的橡皮筋條數(shù)；E．測出紙帶上打點均勻部分的最大點間距，并求出最大間隔對應(yīng)的平均速度，這就是小車的最大速度Vm；F．改變橡皮筋的條數(shù)，重復上述實驗，把橡皮筋條數(shù)n和對應(yīng)的最大速度的平方${v}_{m}^{2}$記錄在表格內(nèi)．

實驗次數(shù)	1	2	3	4	5	6
橡皮筋條數(shù) m	1	2	3	4	5	6
小車最大速度的平方vm2/m2•s-2	vm12	vm22	vm32	vm42	vm52	vm62

根據(jù)以上實驗步驟回答下列問題：
①采用平衡摩擦力的方法可使小車做勻速直線運動，簡要說明判斷小車做勻速直線運動比較精確的方法．答：小車拖動紙袋運動，測量打點計時器在紙袋上打出的每兩點間的間隔是否相等，若相等，說明小車做勻速直線運動
②實驗步驟F，“改變橡皮筋的條數(shù)，重復上述實驗”中，各個橡皮筋是以串聯(lián)方式還是以并聯(lián)方式接在小車上？答：并聯(lián)
③在上述實驗中，每一次實驗，不同數(shù)量的橡皮筋對小車做功的大小不能直接測量，需要轉(zhuǎn)化成另一個量表示，請你說明不同數(shù)量的橡皮筋對小車做功的大小用什么量表示？在用此量表示時，需要注意什么？答：用并聯(lián)橡皮筋條數(shù)n表示橡皮筋對小車做功的多少．需要注意的是，每次實驗，小車都應(yīng)該從同一位置釋放
④采用什么方法尋找橡皮筋對小車做功與小車動能變化的關(guān)系？答：驗算每一次實驗小車最大速度v_m的平方與該次實驗橡皮筋的條數(shù)n之比是否為相等．若各次的比值在誤差允許范圍內(nèi)相等，說明小車的動能變化量與拉力對小車做的功成正比．或：以橡皮筋條數(shù)n為坐標系的橫軸、v_m²為縱軸，建立坐標系，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系上描出相應(yīng)的數(shù)據(jù)點，將這些點連接，若是通過原點的一條直線，就說明小車的動能變化量與拉力對小車做的功成正比．

Answer 1

分析 （1）把滑塊輕放在導軌上如果滑塊靜止不動，則說明導軌是水平的；
游標卡尺主尺與游標尺的示數(shù)之和是游標卡尺示數(shù)；
應(yīng)用速度公式可以求出滑塊的速度，應(yīng)用動能定理求出實驗需要驗證的表達式，然后根據(jù)表達式分析答題．
（2）電磁打點計時器使用4V～6V交流電源．
①打點計時器每隔0.02s打一個點，根據(jù)相鄰計數(shù)點間距離的變化，分析小車是否做勻速直線運動．
②各個橡皮筋是以并聯(lián)方式接在小車上，使得每根橡皮筯做功相同．
③各個橡皮筋并聯(lián)，要使它們每次做功相等，橡皮筯要相同，需要注意的是，每次實驗，小車都應(yīng)該從同一位置釋放．
④可作出W-v²圖象，分析圖象的形狀來判斷橡皮筋對小車做功與小車動能變化的關(guān)系

解答 解：（1）①實驗前需要調(diào)整氣墊導軌底座使之水平，氣源供氣后，將滑塊輕輕放在導軌上，看滑塊是否靜止，如果滑塊靜止，則導軌水平．
②由圖2所示游標卡尺可知，遮光片的寬度：d=15mm+12×0.05mm=15.60mm=1.560cm；
滑塊經(jīng)過光電門的瞬時速度：v=$\fractfksaaa{△t}$=$\frac{0.01560}{0.624×1{0}^{-2}}$=2.50m/s；
由動能定理可得：mgL=$\frac{1}{2}$Mv²-0，即：mgL=$\frac{1}{2}$M（$\fracs7a2yl5{△t}$）²，實驗需要測量的物理量有：鉤碼的質(zhì)量m、滑塊與擋光片的總質(zhì)量M、滑塊在運動起點時遮光片與光電門之間的距離L．
③本實驗中，外力對滑塊做功W的表達式為：W=mgL，滑塊（和遮光片）動能變化量E_k2-E_k1=$\frac{1}{2}$M（$\fracyio2mhe{△t}$）²，通過幾次實驗，若兩者在誤差允許的范圍內(nèi)相等，從而說明合外力對滑塊做功等于滑塊動能變化量．
④本實驗中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要因素是：鉤碼的重力大于滑塊受到的拉力，功的測量值偏大．
（2）給電磁打點計時器提供的電源是學生電源4V～6V，交流輸出，故ABD錯誤，C正確．故選：C．
①小車拖動紙袋運動，測量打點計時器在紙袋上打出的每兩點間的間隔是否相等，若相等，說明小車做勻速直線運動．
②各個橡皮筋是以并聯(lián)方式接在小車上，使得每根橡皮筯做功相同．    
③用并聯(lián)橡皮筋條數(shù)n表示橡皮筋對小車做功的多少．需要注意的是，每次實驗，小車都應(yīng)該從同一位置釋放．
④驗算每一次實驗小車最大速度vm的平方與該次實驗橡皮筋的條數(shù)n之比是否為相等．若各次的比值在誤差允許范圍內(nèi)相等，說明小車的動能變化量與拉力對小車做的功成正比．或：以橡皮筋條數(shù)n為坐標系的橫軸、v_m²為縱軸，建立坐標系，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系上描出相應(yīng)的數(shù)據(jù)點，將這些點連接，若是通過原點的一條直線，就說明小車的動能變化量與拉力對小車做的功成正比．
故答案為：（1）①將滑塊輕輕放在導軌上，看滑塊是否靜止，如果滑塊靜止，則導軌水平；②1.560；2.50；滑塊與擋光片的總質(zhì)量M；滑塊在運動起點時遮光片與光電門之間的距離L；③mgL；$\frac{1}{2}$M（$\fracyu0pqok{△t}$）²；④鉤碼的重力大于滑塊受到的拉力，功的測量值偏大；
（2）C；①小車拖動紙袋運動，測量打點計時器在紙袋上打出的每兩點間的間隔是否相等，若相等，說明小車做勻速直線運動． ②并聯(lián)．③用并聯(lián)橡皮筋條數(shù)n表示橡皮筋對小車做功的多少．需要注意的是，每次實驗，小車都應(yīng)該從同一位置釋放．④驗算每一次實驗小車最大速度v_m的平方與該次實驗橡皮筋的條數(shù)n之比是否為相等．若各次的比值在誤差允許范圍內(nèi)相等，說明小車的動能變化量與拉力對小車做的功成正比．或：以橡皮筋條數(shù)n為坐標系的橫軸、v_m²為縱軸，建立坐標系，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)在坐標系上描出相應(yīng)的數(shù)據(jù)點，將這些點連接，若是通過原點的一條直線，就說明小車的動能變化量與拉力對小車做的功成正比．

點評 解決本題關(guān)鍵要理解并掌握實驗原理與實驗注意事項，同時注意數(shù)據(jù)處理時注意數(shù)學知識的應(yīng)用，能夠應(yīng)用圖象分析物理規(guī)律．