Question

4．某同學(xué)為了探究“功與速度變化的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，小車由靜止開(kāi)始釋放，讓其拖著紙帶做勻加速運(yùn)動(dòng)，打下的紙帶如圖2所示，O為打下的第1個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D、E、F、G為計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，O、A之間還有若干個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出．為了探究合外力功與小車速度變化的關(guān)系，該同學(xué)已經(jīng)測(cè)量了OB的距離并算出了打下B、C、D、E、F點(diǎn)時(shí)小車的速度，同時(shí)在建立的坐標(biāo)系（圖3）中將縱軸取值為各計(jì)數(shù)點(diǎn)速度的平方即V²．

（1）該實(shí)驗(yàn)只要探究小車的位移和速度的平方變化關(guān)系就可以探知合外力的功與速度的變化關(guān)系；
（2）該實(shí)驗(yàn)需要平衡小車所受的摩擦力嗎？需要．
（3）建立的坐標(biāo)系橫坐標(biāo)應(yīng)為各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離．

Answer 1

分析 解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題首先要掌握該實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)的操作步驟和數(shù)據(jù)處理以及注意事項(xiàng)．其中平衡摩擦力的原因以及做法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)清楚，再結(jié)合動(dòng)能定理分析即可．

解答 解：（1、2）本實(shí)驗(yàn)探究合外力做功與速度變化關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中用重物重力代替小車受到的合外力，所以實(shí)驗(yàn)前需要平衡摩擦力，
根據(jù)動(dòng)能定理得：
$mgx=\frac{1}{2}M{v}^{2}$
則${v}^{2}=\frac{2mg}{M}x$，所以該實(shí)驗(yàn)只要探究小車的位移與速度的平方變化關(guān)系就可以探知合外力的功與速度的變化關(guān)系，
（2）根據(jù)${v}^{2}=\frac{2mg}{M}x$可知，建立的坐標(biāo)系時(shí)縱坐標(biāo)為v²，橫坐標(biāo)應(yīng)為各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離．
故答案為：（1）位移；（2）需要；（3）各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離

點(diǎn)評(píng) 明確“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理及方法是求解本題的關(guān)鍵．對(duì)于實(shí)驗(yàn)我們要清楚每一項(xiàng)操作存在的理由．比如為什么要平衡摩擦力，為什么要先接通電源后釋放紙帶等．這樣問(wèn)題我們要從實(shí)驗(yàn)原理和減少實(shí)驗(yàn)誤差方面去解決．