Question

3．如圖1，三個實驗場景A、B、C分別是某同學按照課本中的要求所做的“研究勻變速度直線運動規(guī)律”實驗、“探究功與速變化的關系”實驗、“驗證機械能守恒定律”實驗．該同學正確操作獲得了一系列紙帶，但由于忘了標記，需要逐一對應分析．圖2是該同學在實驗中獲得的一條紙帶，圖中紙帶上各點是打點計時器連續(xù)打下的點．已知所用打點計時器頻率為50Hz，完成以下問題．

（1）由圖2紙帶可求出加速度大小為2.5m/s²（保留兩位有效數(shù)字），該紙帶所對應的實驗場景是A（填A、B或C），其理由是場景B變加速運動，場景C接近重力加速度；
（2）對這三個實驗操作的有關分析正確的是：D
A．選用場景A的裝置來做“研究勻變速直線運動規(guī)律”實驗時，必須平衡摩擦力
B．選用場景C的裝置作“驗證機械能守恒定律”的實驗時，可根據(jù)v=g t計算重物在t時刻的速度從而獲得動能
C．選用場景A的裝置在平衡摩擦力后可驗證機械能守恒定律
D．選用場景C的裝置作“驗證機械能守恒定律”的實驗時應選擇下端帶橡膠墊的重物
（3）選用場景B的裝置來做“探究功與速度變化的關系”實驗時：ACD
A．必須平衡摩擦力
B．數(shù)據(jù)處理時應測量紙帶全段的平均速度
C．數(shù)據(jù)處理時應測量紙帶點跡均勻一段的平均速度
D．每次改變橡皮筋條數(shù)時釋放小車的位置應重合．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)刻度讀數(shù)，根據(jù)加速度大小a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$，結(jié)合各自裝置的實驗原理，即可判定；
（2）“研究勻變速直線運動規(guī)律”實驗時，不必須平衡摩擦力；“探究功與速度變化的關系”實驗時數(shù)據(jù)處理時，應測量紙帶點跡均勻一段的平均速度，每次改變橡皮筋條數(shù)時釋放小車的位置不變；在“驗證機械能守恒定律”的實驗，若 v=g t計算重物在t時刻的速度，只是理論推導，不屬于實驗驗證；
（3）在探究橡皮筋的拉力對小車所做的功與小車速度變化的關系的實驗中應注意：n根相同橡皮筋對小車做的功就等于系一根橡皮筋時對小車做的功的n倍，這個設計很巧妙地解決了直接去測量力和計算功的困難；該實驗需要平衡摩擦力以保證動能的增量是只有橡皮筋做功而來；小車最大速度即為后來勻速運動的速度．

解答 解：（1）由刻度尺讀數(shù)可知，第一個點11.6cm，第二個點13.1cm，第三個點14.7cm，第四個點16.4cm；
那么點與點間距為△x=0.1cm；加速度大小a=$\frac{△x}{{T}^{2}}$=$\frac{0.1×1{0}^{-2}}{0.0{2}^{2}}$=2.5m/s²，
場景A的裝置來做“研究勻變速直線運動規(guī)律”實驗，
依據(jù)斜面的傾斜程度，可知，加速度的大小不會太大；
場景B的裝置來做“探究功與速度變化的關系”實驗時數(shù)據(jù)處理，加速度是變化的；
選用場景C的裝置作“驗證機械能守恒定律”的實驗，加速度為重力加速度，大小約為9.8m/s²，
由上分析，可知，加速度大小為2.5m/s²該紙帶所對應的實驗場景是A，理由如上所述；
（2）A．選用場景A的裝置來做“研究勻變速直線運動規(guī)律”實驗時，是否受到摩擦力，與研究規(guī)律無關，因此不必須平衡摩擦力，故A錯誤；
B、場景C的裝置作“驗證機械能守恒定律”的實驗時，若根據(jù)v=gt計算重物在t時刻的速度，只是理論推導，達到不實驗驗證的目的，故B錯誤；
C、選用場景A的裝置在平衡摩擦力后，仍不能驗證機械能守恒定律，受到摩擦阻力較大，故C錯誤；
D、選用場景C的裝置作“驗證機械能守恒定律”的實驗時應選擇下端帶橡膠墊的重物，故D正確；
（3）ABC、當橡皮筋做功完畢小車應獲得最大速度，由于平衡了摩擦力所以小車以后要做勻速運動，相鄰兩點間的距離基本相同．所以計算小車速度應該選擇相鄰距離基本相同的若干個點作為小車的勻速運動階段，用這些點計算小車的速度，故AC正確，B錯誤；
D、我們用橡皮筋拉動小車的方法，來探究橡皮筋的拉力對小車所做的功與小車速度變化的關系，實驗時，每次保持橡皮筋的形變量一定，當有n根相同橡皮筋并系在小車上時，n根相同橡皮筋對小車做的功就等于系一根橡皮筋時對小車做的功的n倍，所以每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度必需要保持一致．故D正確；
故答案為：（1）2.5；A；場景B變加速運動，場景C接近重力加速度；
（2）D；
（3）ACD．

點評 （1、2）考查各實驗的原理，掌握根據(jù)實驗中摩擦力對結(jié)果是否有影響，從而確定是否要平衡摩擦力，理解探究功與速度變化的關系實驗中，改變橡皮筋條數(shù)與做功的多少關系，及注意求解速度的方法，區(qū)別理論推導與實驗驗證．
（3）這是一道考查探究功與速度變化的關系的基礎題，是一道容易出錯的題目．同學們在學習中應注意實驗的細節(jié)．