Question

2．小明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來探究自行車動(dòng)能的變化與其克服阻力做功的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)的主要步驟是：
①找一段平直的路面，并在路面上畫一道與運(yùn)動(dòng)方向垂直的起點(diǎn)線；
②騎上自行車用較快速度駛過起點(diǎn)線，并同時(shí)從車把手處自由釋放一團(tuán)很容易辨別的橡皮泥；
③車駛過起點(diǎn)線后就不再蹬自行車腳蹬，讓車依靠慣性沿直線繼續(xù)前進(jìn)；
④待車停下，記錄自行車停下時(shí)終點(diǎn)的位置；
⑤用卷尺量出起點(diǎn)線到橡皮泥落地點(diǎn)間的距離s、起點(diǎn)線到自行車終點(diǎn)的距離L及車把手處離地高度h．
⑥用電子秤測(cè)出小明和自行車的總質(zhì)量為m．
若自行車在行駛中所受的阻力為f并保持恒定．
（1）自行車經(jīng)過起點(diǎn)線時(shí)的速度v=$s\sqrt{\frac{g}{2h}}$；（用己知的物理量和所測(cè)量得到的物理量表示）
（2）自行車經(jīng)過起點(diǎn)線后克服阻力做功W=fL；（用己知的物理量和所測(cè)量得到的物理量表示）
（3）多次改變自行車經(jīng)過起點(diǎn)時(shí)的初速度，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟②～④，則每次只需測(cè)量上述物理量中的s和L，就能通過數(shù)據(jù)分析達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br />（4）若有$fL=\frac{mg{s}^{2}}{4h}$，可以驗(yàn)證動(dòng)能定理成立．

Answer 1

分析 （1）橡皮泥釋放后作平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平拋知識(shí)求出橡皮筋的初速度便知道了自行車經(jīng)過起點(diǎn)線的速度．
（2）由于車駛過起點(diǎn)線后就不再蹬自行車腳蹬，讓車依靠慣性沿直線繼續(xù)前進(jìn)，因此該過程中只有阻力做功，
（3）根據(jù)（1）（2）所寫表達(dá)式，即可正確解答本題；
（4）如果克服阻力做的功等于自行車動(dòng)能的變化量，則動(dòng)能定理成立．

解答 解：（1）釋放橡皮筋時(shí)的速度與車速相等，橡皮泥做平拋運(yùn)動(dòng)，有：
s=vt
$h=\frac{1}{2}g{t}^{2}$
所以解得：v=$s\sqrt{\frac{g}{2h}}$．
（2）由于阻力是恒定的因此阻力做功為：W=fL．
（3）由于車把手到地面的高度是一定的，阻力是恒定的，因此每次試驗(yàn)只要測(cè)量s和L即可．
（4）如果克服阻力做的功等于自行車動(dòng)能的變化量，則動(dòng)能定理成立，即滿足$fL=\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{mg{s}^{2}}{4h}$．
故答案為：（1）$s\sqrt{\frac{g}{2h}}$；（2）fL；（3）s；L；  （4）$fL=\frac{{mg{s^2}}}{4h}$．

點(diǎn)評(píng) 本題為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，是教材中沒有的，對(duì)于這類實(shí)驗(yàn)，要根據(jù)題目敘述，明確了實(shí)驗(yàn)原理便找到了解決問題的突破口．