Question

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

②如圖2所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光片的寬度d=1.560cm，實(shí)驗(yàn)時(shí)將滑塊從如圖1所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間△t=0.624×10^-2s，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度為2.50m/s（保留三位有效數(shù)字），在本次實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)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(yùn)動(dòng)起點(diǎn)時(shí)遮光片與光電門(mén)之間的距離L（文字說(shuō)明并用相應(yīng)的字母表示）．

③本實(shí)驗(yàn)中，外力對(duì)滑塊做功W的表達(dá)式為mgL，滑塊（和遮光片）動(dòng)能變化量E_k2-E_k1的表達(dá)式為$\frac{1}{2}$M（$\fracb6pvjw3{△t}$）²，通過(guò)幾次實(shí)驗(yàn)，若兩者在誤差允許的范圍內(nèi)相等，從而說(shuō)明合外力對(duì)滑塊做功等于滑塊動(dòng)能變化量．
④本實(shí)驗(yàn)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(cè)量值偏大
（2）乙實(shí)驗(yàn)小組用如圖3提供的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中，需要用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車(chē)帶動(dòng)紙袋運(yùn)動(dòng)的情況，如圖3所示，給電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供的電源是C（選填序號(hào)）A.4節(jié)干電池；B.3節(jié)干電池；C．學(xué)生電源4V-6V，交流輸出；D．學(xué)生電源4V-6V，直流輸出；步驟如下：A．將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長(zhǎng)木板上，紙袋連接在小車(chē)上并穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔；B．平衡摩擦力，在長(zhǎng)木板上的左端下面墊上木板反復(fù)移動(dòng)木塊的位置直到小車(chē)在斜面上保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；C．將一根橡皮筋按如圖3方式連接在小車(chē)上，調(diào)整小車(chē)位置，在彈性限度內(nèi)使橡皮筋的形變大一些，記下小車(chē)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置；D．接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后釋放小車(chē)，得到一條打了一系列印跡的紙帶，在紙帶上標(biāo)明所對(duì)應(yīng)的橡皮筋條數(shù)；E．測(cè)出紙帶上打點(diǎn)均勻部分的最大點(diǎn)間距，并求出最大間隔對(duì)應(yīng)的平均速度，這就是小車(chē)的最大速度Vm；F．改變橡皮筋的條數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，把橡皮筋條數(shù)n和對(duì)應(yīng)的最大速度的平方${v}_{m}^{2}$記錄在表格內(nèi)．

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

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)步驟回答下列問(wèn)題：
①采用平衡摩擦力的方法可使小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)要說(shuō)明判斷小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)比較精確的方法．答：小車(chē)拖動(dòng)紙袋運(yùn)動(dòng)，測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙袋上打出的每?jī)牲c(diǎn)間的間隔是否相等，若相等，說(shuō)明小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)
②實(shí)驗(yàn)步驟F，“改變橡皮筋的條數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)”中，各個(gè)橡皮筋是以串聯(lián)方式還是以并聯(lián)方式接在小車(chē)上？答：并聯(lián)
③在上述實(shí)驗(yàn)中，每一次實(shí)驗(yàn)，不同數(shù)量的橡皮筋對(duì)小車(chē)做功的大小不能直接測(cè)量，需要轉(zhuǎn)化成另一個(gè)量表示，請(qǐng)你說(shuō)明不同數(shù)量的橡皮筋對(duì)小車(chē)做功的大小用什么量表示？在用此量表示時(shí)，需要注意什么？答：用并聯(lián)橡皮筋條數(shù)n表示橡皮筋對(duì)小車(chē)做功的多少．需要注意的是，每次實(shí)驗(yàn)，小車(chē)都應(yīng)該從同一位置釋放
④采用什么方法尋找橡皮筋對(duì)小車(chē)做功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系？答：驗(yàn)算每一次實(shí)驗(yàn)小車(chē)最大速度v_m的平方與該次實(shí)驗(yàn)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(shuō)明小車(chē)的動(dòng)能變化量與拉力對(duì)小車(chē)做的功成正比．或：以橡皮筋條數(shù)n為坐標(biāo)系的橫軸、v_m²為縱軸，建立坐標(biāo)系，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系上描出相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接，若是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線，就說(shuō)明小車(chē)的動(dòng)能變化量與拉力對(duì)小車(chē)做的功成正比．

Answer 1

分析 （1）把滑塊輕放在導(dǎo)軌上如果滑塊靜止不動(dòng)，則說(shuō)明導(dǎo)軌是水平的；
游標(biāo)卡尺主尺與游標(biāo)尺的示數(shù)之和是游標(biāo)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(dòng)能定理求出實(shí)驗(yàn)需要驗(yàn)證的表達(dá)式，然后根據(jù)表達(dá)式分析答題．
（2）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用4V～6V交流電源．
①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，根據(jù)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離的變化，分析小車(chē)是否做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
②各個(gè)橡皮筋是以并聯(lián)方式接在小車(chē)上，使得每根橡皮筯做功相同．
③各個(gè)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(shí)驗(yàn)，小車(chē)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(lái)判斷橡皮筋對(duì)小車(chē)做功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系

解答 解：（1）①實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平，氣源供氣后，將滑塊輕輕放在導(dǎo)軌上，看滑塊是否靜止，如果滑塊靜止，則導(dǎo)軌水平．
②由圖2所示游標(biāo)卡尺可知，遮光片的寬度：d=15mm+12×0.05mm=15.60mm=1.560cm；
滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度：v=$\fracjxglcz3{△t}$=$\frac{0.01560}{0.624×1{0}^{-2}}$=2.50m/s；
由動(dòng)能定理可得：mgL=$\frac{1}{2}$Mv²-0，即：mgL=$\frac{1}{2}$M（$\fractzn88wn{△t}$）²，實(shí)驗(yàn)需要測(cè)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(yùn)動(dòng)起點(diǎn)時(shí)遮光片與光電門(mén)之間的距離L．
③本實(shí)驗(yàn)中，外力對(duì)滑塊做功W的表達(dá)式為：W=mgL，滑塊（和遮光片）動(dòng)能變化量E_k2-E_k1=$\frac{1}{2}$M（$\fracl5msaoc{△t}$）²，通過(guò)幾次實(shí)驗(yàn)，若兩者在誤差允許的范圍內(nèi)相等，從而說(shuō)明合外力對(duì)滑塊做功等于滑塊動(dòng)能變化量．
④本實(shí)驗(yàn)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(cè)量值偏大．
（2）給電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器提供的電源是學(xué)生電源4V～6V，交流輸出，故ABD錯(cuò)誤，C正確．故選：C．
①小車(chē)拖動(dòng)紙袋運(yùn)動(dòng)，測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙袋上打出的每?jī)牲c(diǎn)間的間隔是否相等，若相等，說(shuō)明小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)．
②各個(gè)橡皮筋是以并聯(lián)方式接在小車(chē)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(duì)小車(chē)做功的多少．需要注意的是，每次實(shí)驗(yàn)，小車(chē)都應(yīng)該從同一位置釋放．
④驗(yàn)算每一次實(shí)驗(yàn)小車(chē)最大速度vm的平方與該次實(shí)驗(yàn)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(shuō)明小車(chē)的動(dòng)能變化量與拉力對(duì)小車(chē)做的功成正比．或：以橡皮筋條數(shù)n為坐標(biāo)系的橫軸、v_m²為縱軸，建立坐標(biāo)系，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系上描出相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接，若是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線，就說(shuō)明小車(chē)的動(dòng)能變化量與拉力對(duì)小車(chē)做的功成正比．
故答案為：（1）①將滑塊輕輕放在導(dǎo)軌上，看滑塊是否靜止，如果滑塊靜止，則導(dǎo)軌水平；②1.560；2.50；滑塊與擋光片的總質(zhì)量M；滑塊在運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)時(shí)遮光片與光電門(mén)之間的距離L；③mgL；$\frac{1}{2}$M（$\fracesgejhx{△t}$）²；④鉤碼的重力大于滑塊受到的拉力，功的測(cè)量值偏大；
（2）C；①小車(chē)拖動(dòng)紙袋運(yùn)動(dòng)，測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙袋上打出的每?jī)牲c(diǎn)間的間隔是否相等，若相等，說(shuō)明小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)． ②并聯(lián)．③用并聯(lián)橡皮筋條數(shù)n表示橡皮筋對(duì)小車(chē)做功的多少．需要注意的是，每次實(shí)驗(yàn)，小車(chē)都應(yīng)該從同一位置釋放．④驗(yàn)算每一次實(shí)驗(yàn)小車(chē)最大速度v_m的平方與該次實(shí)驗(yàn)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(shuō)明小車(chē)的動(dòng)能變化量與拉力對(duì)小車(chē)做的功成正比．或：以橡皮筋條數(shù)n為坐標(biāo)系的橫軸、v_m²為縱軸，建立坐標(biāo)系，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系上描出相應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接，若是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線，就說(shuō)明小車(chē)的動(dòng)能變化量與拉力對(duì)小車(chē)做的功成正比．

點(diǎn)評(píng) 解決本題關(guān)鍵要理解并掌握實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，同時(shí)注意數(shù)據(jù)處理時(shí)注意數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，能夠應(yīng)用圖象分析物理規(guī)律．