備戰(zhàn)2020年高考物理 一遍過考點(diǎn)26 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系（含解析）

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1、實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系 內(nèi)容 要求 要點(diǎn)解讀 探究動(dòng)能定理 低頻點(diǎn)。重點(diǎn)理解實(shí)驗(yàn)探究方法和圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 探究功與速度變化的關(guān)系或驗(yàn)證動(dòng)能定理（功與速度的平方成正比關(guān)系）。 二、實(shí)驗(yàn)器材 1．變力做功：橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶、鐵釘?shù)取? 2．恒力做功：鉤碼、小車、帶滑輪的木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶（或光電門）、細(xì)繩等。 三、主要誤差 1．橡皮筋不能嚴(yán)格相同，使橡皮筋拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比。 2．鉤碼的重力作為小車受到的合外力時(shí)，鉤碼質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量造成的系統(tǒng)誤差。 3．平衡摩擦力不足或過度。 四

2、、注意事項(xiàng) 1．平衡摩擦力時(shí)，小車應(yīng)拉著紙帶，使小車重力沿斜面向下的分力與木板對(duì)小車的摩擦力、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力平衡。平衡時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上點(diǎn)跡間距相等，即小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 2．變力做功時(shí)，測小車速度應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分。 3．恒力做功時(shí)，用光電門測速度，應(yīng)考慮擋光部分的大小造成的誤差。 4．小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使力不變時(shí)，加速度較小，紙帶上打下的點(diǎn)多一些。 【改編題】某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，如圖1是小車在一條橡皮筋作用下由靜止彈出沿木板滑行的情形，這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)

3、我們用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放，小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測出。 （1）上圖中電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是________V的交流電。 （2）實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下：長木板、小車、橡皮筋、電火花計(jì)時(shí)器、紙帶、電源等，還缺少的測量工具是________。 （3）圖1中小車上有一固定立柱，圖2中給出了4種橡皮筋與立柱的套接方式，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為最合理的套接方式是________。 （4）實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是_______________； （5）實(shí)驗(yàn)中我們

4、應(yīng)測量小車的什么速度_______； A．全程的平均速度 B．加速階段的平均速度 C．任一點(diǎn)的瞬時(shí)速度 D．勻速階段的瞬時(shí)速度 （6）在操作正確的情況下，某次所打的紙帶如圖3所示。打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的______部分進(jìn)行測量，小車獲得的速度是______m/s。（計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） 圖3 （7）在本實(shí)驗(yàn)中作出W—v圖象如圖4所示，比較符合實(shí)際的是______； 圖4 （8）本實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝______。 【參考答案】（1）220 （2）刻度尺 （

5、3）A （4）把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力 （5）D（6）GJ 0.65 （7）C （8） 【詳細(xì)解析】（1）電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是220 V的交流電。 （2）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)需要測量兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，因此還需要的器材是刻度尺。 （3） 實(shí)驗(yàn)中需要測量的是小車脫離橡皮筋之后的速度，所以橡皮筋不能繞在小立柱上，故選A。 （4）由題意可知，橡皮筋的彈力為小車所受的合力，故需把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力； （5）為研究橡皮筋做的功和物體速度變化的關(guān)系，需測量小車勻速階段的瞬時(shí)速度，故選D； （6）由圖示紙帶可知，GJ部分計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離相等，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選

6、用的紙帶是GJ部分，小車獲得的速度v=×10–2 m/s=0.65 m/s。 （7）由該過程的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，橡皮筋的彈性勢能通過彈力做功完全轉(zhuǎn)化為小車的動(dòng)能，故W–v圖象為二次函數(shù)，故其圖象為C； （8）由以上分析可知本實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝ 1．如圖所示為某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中小車是在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條、……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、……實(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的

7、紙帶測出。下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表。 （1）除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和________（填“交流”或“直流”）電源。 （2）實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是___。 A．放開小車，能夠自由下滑即可 B．不安裝紙帶放開小車，給小車一個(gè)初速度，能夠勻速下滑即可 C．放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．放開拖著紙帶的小車，給小車一個(gè)初速度，能夠勻速下滑即可 （3）請運(yùn)用表中測定的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中做出相應(yīng)的W—v2圖象； （4）根據(jù)描繪的圖象得出的結(jié)論是__________________

8、_________________________。 【答案】（1）交流 （2）D （3）如圖所示 （4）在誤差允許范圍內(nèi)，W∝v2 【解析】（1）實(shí)驗(yàn)需要用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度，而打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要使用低壓交流電源。 （2）實(shí)驗(yàn)前需要平衡摩擦力，把木板的一端適當(dāng)墊高，放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可，故ABC錯(cuò)誤，D正確，故選D。 （3）在坐標(biāo)中認(rèn)真描點(diǎn)，然后再連線，即得到圖線。 （4）根據(jù)描出的圖線，我們得到一條傾斜的直線，所以可以說明，在誤差允許的范圍內(nèi)W∝v2。 【名師點(diǎn)睛】（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源，實(shí)驗(yàn)需要用刻度尺測量紙帶上兩點(diǎn)間的距離。 （2）實(shí)驗(yàn)前應(yīng)平

9、衡摩擦力，把木板的一端適當(dāng)墊高使拖著紙帶的小車在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 （3）描點(diǎn)連線，根據(jù)圖線得出結(jié)論。 【2019·中原名校聯(lián)盟高三第二次教學(xué)指導(dǎo)】某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)利用如圖所示的裝置完成了“探究加速度與力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，沙桶和物塊通過細(xì)繩連接后放在水平的木板上，該小組的同學(xué)逐漸地增加沙桶中的細(xì)沙，當(dāng)物塊剛好運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器顯示的示數(shù)為，之后再逐漸地增加沙桶中細(xì)沙的質(zhì)量，完成多次測量，記錄下多組傳感器的示數(shù)，并通過紙帶計(jì)算出每次所對(duì)應(yīng)的物塊的加速度。 （1）對(duì)該實(shí)驗(yàn)的描述，下列說法正確的是__________。 A．每次操作都應(yīng)首先釋放物塊，再接通電源 B．傳感器的示數(shù)為

10、物塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的合外力 C．改變沙桶中細(xì)沙的質(zhì)量后，不需要測量沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量 D．該實(shí)驗(yàn)必須保證物塊的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量 （2）該實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)根據(jù)得到的a、F數(shù)據(jù)作出了a–F圖象，其中正確的圖象為______；物塊運(yùn)動(dòng)過程中受到的滑動(dòng)摩擦力大小為________；如果該圖線的斜率大小為k，則物塊的質(zhì)量應(yīng)為__________。 【參考答案】（1）C（1分） （2）B（1分） F0（1分） （1分） 【詳細(xì)解析】（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該先接通電源再釋放紙帶，A錯(cuò)誤；由于木板水平，因此傳感器的示數(shù)與物塊受到的摩擦力的合力為物塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的合外力，B錯(cuò)誤；細(xì)繩的拉力可以通過傳感器的

11、示數(shù)讀出，因此不需要測量沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量，也不需要保證沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量遠(yuǎn)小于物塊的質(zhì)量，C正確，D錯(cuò)誤； （2）物塊受細(xì)繩的拉力和滑動(dòng)摩擦力的作用，由牛頓第二定律得，解得：，B正確；當(dāng)傳感器的示數(shù)為F0時(shí)，物塊開始滑動(dòng)，則物塊所受的滑動(dòng)摩擦力大小為；由關(guān)系式可知圖線的斜率為，則物塊的質(zhì)量為。 1．某同學(xué)采用如圖所示的裝置進(jìn)行了有關(guān)“動(dòng)能定理”研究的實(shí)驗(yàn)。其步驟如下： ①按圖把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，不掛配重，反復(fù)移動(dòng)墊木直到小車能夠做勻速直線運(yùn)動(dòng)； ②把細(xì)線系在小車上并繞過定滑輪懸掛質(zhì)量為100 g的配重，接通電源，放開小車，電火花計(jì)時(shí)器在被小車帶動(dòng)的紙帶上打下一系列點(diǎn)，從紙帶上某點(diǎn)A

12、開始，每隔4個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，依次標(biāo)為B、C、D……； ③測量出B、C、D……各點(diǎn)與A點(diǎn)的距離，分別記為x1、x2、x3……； ④用配重受到的重力分別乘以x1、x2、x3……，得到配重重力所做的功W1、W2、W3……（當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2）； ⑤求出打B、C、D……各點(diǎn)時(shí)小車的速度大小，分別記為v1、v2、v3……，再求出其平方、、……； ⑥以速度的平方v2為縱坐標(biāo)，配重重力所做的功W為橫坐標(biāo)，作出圖象。 （以下計(jì)算均保留兩位小數(shù)） （1）在步驟4中，該同學(xué)測得x4=40.00 cm，則配重重力所做的功W4=______J。 （2）該同學(xué)得到的圖象如圖所示。通過圖象

13、可知，打A點(diǎn)時(shí)小車的速度v0=_______m/s。 （3）小車的質(zhì)量M=________kg。 【答案】（1）0.39 （2）0.50 （3）0.30 【解析】（1）配重重力做的功為W4=mgx4=100×10–3×9.8×40.00×10–2 J≈0.39 J。 （2）由圖可知，縱截距表示打A點(diǎn)時(shí)小車速度的平方，因此有，可得v0=0.50 m/s。 （3）根據(jù)動(dòng)能定理有，可得，結(jié)合圖象的斜率，可得小車的質(zhì)量M=0.30 kg。 【名師點(diǎn)睛】用恒力做功探究動(dòng)能定理時(shí)，由于力已知，則速度的平方實(shí)際上與位移成正比，就不必等力做完功才測速度。測量速度的方法不限于紙帶，也可以用光電門

14、或傳感器。 2．【2018·佛山市南海區(qū)高三七校聯(lián)合體考前沖刺】如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。 （1）實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正確操作方法是。把長木板右端墊高，在_____重物的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．不掛 B．掛 （2）接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，

15、已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，測得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功W=_____，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v=_____。 （3）以為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的圖象。由此圖象可得隨W變化的表達(dá)式為_____。根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_____。 （4）假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，下

16、圖中正確反映關(guān)系的是_____。 A． B． C． D． 【答案】（1）A （2）mgx2 （3） 質(zhì)量 （4）A 【解析】（1）平衡摩擦和其他阻力，是通過墊高木板右端，構(gòu)成斜面，使重力沿斜面向下的分力與阻力平衡，所以不要掛重物，故應(yīng)選A； （2）由于近似認(rèn)為拉力等于重力，所以根據(jù)W=Fs可知，拉力做功為W=mgx2；根據(jù)中點(diǎn)時(shí)刻的速度等于該段時(shí)間內(nèi)的平均速度，所以B點(diǎn)的速度等于AC段的平均速度，即； （3）根據(jù)圖象上的點(diǎn)，可以得出得v2隨W變化的表達(dá)式為：，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以功和能的單位是相同的，斜率設(shè)為k，則，代入單

17、位后，k的單位為kg-1，所以與該斜率有關(guān)的物理量為質(zhì)量； （4）如果實(shí)驗(yàn)中完全消除了摩擦力和其他阻力，那么重物重力做的功就等于重物和小車動(dòng)能的增加量，即，其中W=mgh，質(zhì)量是定值，所以v2與W成正比，A圖正確。 【名師點(diǎn)睛】實(shí)驗(yàn)總存在一定的誤差，數(shù)據(jù)處理過程中，圖象讀數(shù)一樣存在誤差，因此所寫表達(dá)式的比例系數(shù)存在一定范圍內(nèi)即可，第（5）問有一定的迷惑性，應(yīng)明確寫出函數(shù)關(guān)系，再進(jìn)行判斷。 1．【2019·黑龍江學(xué)與考聯(lián)盟二?！咳鐖D所示為探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。在傾斜放置的木板底端處固定一個(gè)速度傳感器（用來測量物塊每次通過底端的瞬時(shí)速度）。讓小物塊P分別從

18、不同高度無初速度釋放，讀出小物塊每次通過底端的速度v和測出初始位置到速度傳感器的距離x。 （1）實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是_______； A．不需要測出木板與水平面的夾角 B．需要測出木板與水平面的夾角 C．需要測量物塊的質(zhì)量 D．不需要測量物塊的質(zhì)量 （2）若為了更直觀地看出v和x的變化關(guān)系，應(yīng)該作出_______圖象（選填“–x”、“v–x”或“v2–x”）； （3）為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，減少誤差，請您提出合理的解決辦法 （至少一條）。 2．為了“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，查資料得知：“彈簧的彈性勢能，其中k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧的形變量”。

19、某同學(xué)用壓縮的彈簧推靜止的小球（已知質(zhì)量為m）運(yùn)動(dòng)來探究這一問題。為了研究方便，把小鐵球O放在水平桌面上做實(shí)驗(yàn)，讓小鐵球O在彈力作用下運(yùn)動(dòng)，即只有彈簧推力做功。該同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下： （1）如圖甲所示，將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小鐵球O，靜止時(shí)測得彈簧的形變量為d。在此步驟中，目的是要確定______，用m、d、g表示為______。 （2）如圖乙所示，將這根彈簧水平放在光滑桌面上，一端固定在豎直墻面，另一端與小鐵球接觸（不連接），用力推小鐵球壓縮彈簧；小鐵球靜止時(shí)測得彈簧壓縮量為x，撤去外力后，小鐵球被彈簧推出去，從水平桌面邊沿拋出落到水平地面上． （3）測得水平桌面離

20、地高為h，小鐵球落地點(diǎn)離桌面邊沿的水平距離為L，則小鐵球被彈簧彈出的過程中初動(dòng)能Ek1＝______，末動(dòng)能Ek2＝______（用m、h、L、g表示）；彈簧對(duì)小鐵球做的功W＝______（用m、x、d、g表示）。對(duì)比W和（Ek2－Ek1）就可以得出“外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，即：“在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化”。 3．用圖甲所示裝置探究做功與物體速度變化的關(guān)系，A、B是固定在長直木板上的兩個(gè)鐵釘。實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，通過改變橡皮筋的條數(shù)改變做功的多少，再根據(jù)紙帶上的打點(diǎn)確定小車對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)的速度，進(jìn)而探究做功與物體速度變化的關(guān)系。 （1

21、）關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的下列說法中，正確的有__________。 A．需要測出小車的質(zhì)量m B．需要選擇相同的橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn) C．需要測出每根橡皮筋對(duì)小車所做的功W D．改變橡皮筋條數(shù)時(shí)小車必須從同一位置由靜止釋放 （2）實(shí)驗(yàn)中得到一條紙帶如圖乙所示，1、2、3......是按時(shí)間先后順序標(biāo)出的計(jì)數(shù)點(diǎn)（每兩個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)打點(diǎn)未畫出，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz）。小車質(zhì)量為1.0 kg，在打第5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的動(dòng)能約為________J（保留兩位有效數(shù)字）；造成5至9各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距不相等的原因可能是_____________。 （3）該小組用新、舊兩組橡皮筋分別做實(shí)驗(yàn)，正確實(shí)驗(yàn)操

22、作得到橡皮筋的條數(shù)n與小車對(duì)應(yīng)速度v的多組數(shù)據(jù)，作出v2–n的圖象如圖丙中的C、D所示，則用新橡皮筋得出的圖象是_______（選填“C”或“D”）。 4．為了“探究動(dòng)能改變與合外力做功”的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案： A．第一步他把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘相連，然后跨過定滑輪，重錘夾后連一紙帶，穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板勻速運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示。 B．第二步保持木板的傾角不變，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使其穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后接通電源釋放滑塊，使之從靜止開始加速

23、運(yùn)動(dòng)，打出紙帶，如圖乙所示。打出的紙帶如圖丙所示： 試回答下列問題： （1）已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為Δt，根據(jù)紙帶求滑塊速度，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打A點(diǎn)時(shí)滑塊速度=_______，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊速度=____________。 （2）已知重錘質(zhì)量m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，要測出某一過程合外力對(duì)滑塊做的功，還必須測出這一過程滑塊_____________（寫出物理量名稱及符號(hào)），合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式=____________。 （3）測出滑塊運(yùn)動(dòng)OA段、OB段、OC段、OD段、OE段合外力對(duì)滑塊所做的功以及。以v2為縱軸，以W為橫軸建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出v

24、2–W圖象，可知它是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的傾斜直線，若直線斜率為k，則滑塊質(zhì)量M=____________。 5．【2019·中原名校聯(lián)盟高三第四次質(zhì)量考評(píng)】曉宇同學(xué)為了探究鐵塊的加速度與外力的關(guān)系，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，釋放瞬間如圖1所示，圖中有一處明顯的錯(cuò)誤，請指出______________________，曉宇糾正錯(cuò)誤后，進(jìn)行了如下的操作： （1）保持鐵塊的質(zhì)量不變（鐵塊的質(zhì)量始終小于鉤碼的質(zhì)量），將細(xì)繩由靜止釋放，改變鉤碼的個(gè)數(shù)，進(jìn)行多次操作，記錄每次操作時(shí)力傳感器的示數(shù)，并由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶求出每次操作所對(duì)應(yīng)的加速度，重力加速度用表示。 （2）曉宇同學(xué)將（1）中的多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪在坐標(biāo)系

25、中，得到了如圖2所示的圖線，隨后由于不慎將橫坐標(biāo)軸所表示的物理量弄丟，請分析橫坐標(biāo)軸所代表的物理量應(yīng)為_________[用（1）中的物理量表示]； （3）如果將力傳感器放在圖中的O點(diǎn)，則測量誤差將_________（填“變大”、“不變”或“變小”）。 1．【2019·浙江選考】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)相同的小車放在光滑水平板上，前段各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放重物。小車的停和動(dòng)通過用黑板擦按住小車后的細(xì)線和抬起來控制，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的力。 請指出圖2中錯(cuò)誤之處：____

26、___________________________。 調(diào)整好裝置后，在某次實(shí)驗(yàn)中測得兩小車的位移分別是x1和x2，則兩車的加速度之比為___________。 2．【2019·江蘇卷】某興趣小組用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理． （1）有兩種工作頻率均為50 Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供實(shí)驗(yàn)選用： A．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 B．電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 為使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，應(yīng)選擇 （選填“A”或“B”）； （2）保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔．實(shí)驗(yàn)中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運(yùn)動(dòng)．同學(xué)甲認(rèn)為此時(shí)摩擦力的影響已得

27、到消除．同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動(dòng)．看法正確的同學(xué)是 （選填“甲”或“乙”）； （3）消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼．接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，松開小車，小車運(yùn)動(dòng)；紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中的一段如題10-2圖所示。圖中紙帶按實(shí)際尺寸畫出，紙帶上A點(diǎn)的速度vA= m/s； （題10-2圖） （4）測出小車的質(zhì)量為M，再測出紙帶上起點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L．小車動(dòng)能的變化量可用ΔEk=算出．砝碼盤中砝碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g；實(shí)驗(yàn)中，小車的質(zhì)量應(yīng) （選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“接近”）砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量，小車所受

28、合力做的功可用W=mgL算出，多次測量，若W與ΔEk均基本相等則驗(yàn)證了動(dòng)能定理。 3．【2017·北京卷】如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。 （1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是_______（選填選項(xiàng)前的字母）。 A．直流電源 B．交流電源 （2）實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是_______（選填選項(xiàng)前的字母）。 A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量 在不掛重物

29、且_______（選填選項(xiàng)前的字母）的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn) （3）接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功W=_________，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v=__

30、_______。 （4）以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2–W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為_________________。根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_________。 （5）假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2–W關(guān)系的是________。 4．【2017·江蘇卷】利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M=200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g，

31、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交流電。 （1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_______。 （2）掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1=______m/s。 （3）將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力對(duì)小車做的功W。利用算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量。計(jì)算結(jié)果見下表。 2.45 2.92 3.35 3.81

32、4.26 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出圖象。 （4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F=__________N。 1．【答案】（1）AD （2）v2–x （3）多次測量位移x，取平均值 【解析】（1）若只有重力做功，根據(jù)動(dòng)能定理有，若有摩擦力，根據(jù)動(dòng)能定理有，同樣兩邊可以簡化約去質(zhì)量m。每次實(shí)驗(yàn)小物塊從不同初位置處靜止釋放，量出初位置到速度傳感器的位移、讀出小物塊到傳感器位置的速度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列出數(shù)

33、據(jù)表并描點(diǎn)作出圖象，從而找到位移與速度變化的關(guān)系，所以不需要測出木板與水平面的夾角。 （2）由動(dòng)能定理可看出，合力不變時(shí)，v2和x成正比，即，故應(yīng)選v2–x。 （3）在該實(shí)驗(yàn)條件下，測量位移x是產(chǎn)生誤差的主要原因，故合理的解決辦法之一是：多次測量位移x取平均值（其他合理的方法同樣給分）。 2．【答案】（1）彈簧勁度系數(shù)k （2）0 【解析】（1）將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小鐵球O，靜止時(shí)測得彈簧的形變量為d，在此步驟中，目的是由此確定彈簧的勁度系數(shù)； （3）小球彈出后做平拋運(yùn)動(dòng)，則水平方向：，豎直方向：，解得，所以小鐵球被彈簧彈出的過程中初動(dòng)能Ek1＝0，

34、末動(dòng)能，在此過程中彈簧彈力做功為。 3．【答案】（1）BD （2）0.75 沒有平衡摩擦力（或平衡摩擦力不足） （3）C 【解析】（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)用完全相同的橡皮筋對(duì)小車做功，通過改變橡皮筋的條數(shù)可以改變橡皮筋對(duì)小車做的功，實(shí)驗(yàn)不需要具體求出橡皮筋做功的具體數(shù)值，但需要選擇相同的橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)改變橡皮筋條數(shù)時(shí)小車必須從同一位置由靜止釋放，從而使橡皮筋對(duì)小車做功成倍增加，然后根據(jù)打出的紙帶求出小車的速度，實(shí)驗(yàn)不需要測出小車質(zhì)量，從而研究功與速度變化的關(guān)系，故BD正確，AC錯(cuò)誤。 （2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，中間時(shí)刻瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間的平均速度，則第5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度為：；第5個(gè)

35、計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的動(dòng)能約為：；實(shí)驗(yàn)前要平衡摩擦力，平衡摩擦力后橡皮筋恢復(fù)原長時(shí)小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，紙帶上相鄰點(diǎn)間的距離相等，造成5至9各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距不相等的原因可能是：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 （3）舊橡皮筋老化，不同的橡皮筋伸長相等長度時(shí)彈性勢能不同，由圖示圖象可知，用新橡皮筋得出的圖象是C，由圖示圖象可知，v2與n成正比（v2與橡皮筋對(duì)小車所做的功成正比）。 【名師點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是涉及功的測量方法和用圖象法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過改變橡皮筋的條數(shù)巧妙地使總功整數(shù)倍地增加，同時(shí)要明確正比圖線是通過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。 4．【答案】（1） （2）下滑的位移 （3） 【解析】（1）根

36、據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)過程中中間時(shí)刻瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度可得：； （2）合外力為重錘的重力，要求出外力對(duì)滑塊做的功，還必須測出這一過程滑塊的位移x，則； （3）合外力做的功為，所以，已知直線斜率為k，所以。 5．【答案】（1）鐵塊距離電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)（2） （3）變大 【解析】曉宇同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作中有明顯錯(cuò)誤，釋放瞬間鐵塊距離電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn)； （2）鐵塊受重力mg和細(xì)繩的拉力F，所以鐵塊受到的合力為，變形得：，所以橫軸代表的物理量是； （3）如果將力傳感器放在圖中的O點(diǎn)，由于滑輪的摩擦作用，則實(shí)驗(yàn)的誤差將會(huì)變大。 1．【答案】拉小車的細(xì)繩與木板沒有平衡，托盤和砝碼的

37、總質(zhì)量m沒有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M 【解析】實(shí)驗(yàn)要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的力，則必須滿足托盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，從圖2可知托盤的質(zhì)量150 g，小車的質(zhì)量200 g，達(dá)不到要求；拉小車的細(xì)繩與木板沒有平行；兩小車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，根據(jù)位移時(shí)間公式可得。 2．【答案】（1）B （2）乙 （3）0.31（0.30~0.33都算對(duì)） （4）遠(yuǎn)大于 【解析】（1）為使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，應(yīng)選電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器即B； （2）當(dāng)小車開始運(yùn)動(dòng)時(shí)有小車與木板間的摩擦為最大靜摩擦力，由于最大靜摩擦力大于滑動(dòng)摩擦力，所以甲同學(xué)的看法錯(cuò)誤，乙同學(xué)的看法正

38、確； （3）由圖可知，相鄰兩點(diǎn)間的距離約為0.62 cm，打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，所以速度為 ； （4）對(duì)小車由牛頓第二定律有：，對(duì)砝碼盤由牛頓第二定律有：，聯(lián)立解得：，當(dāng)時(shí)，有：，所以應(yīng)滿足：。 3．【答案】（1）B （2）A B （3）mgx2 （4）v2=kW，k=(4.5~5.0) kg–1 質(zhì)量 （5）A 【解析】（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器均使用交流電源，選B。 （2）平衡摩擦和其他阻力，是通過墊高木板右端，構(gòu)成斜面，使重力沿斜面向下的分力跟它們平衡，選A；平衡摩擦力時(shí)需要讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作，紙帶跟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔間會(huì)有摩擦力，且可以通過紙帶上打出的點(diǎn)跡判斷小車的

39、運(yùn)動(dòng)是否為勻速直線運(yùn)動(dòng)，選B。 （3）小車拖動(dòng)紙帶移動(dòng)的距離等于重物下落的距離，又小車所受拉力約等于重物重力，因此W=mgx2；小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，因此打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為打AC段的平均速度，則。 （4）由圖3可知，圖線斜率k≈4.7 kg–1，即v2=4.7 kg–1·W；設(shè)小車質(zhì)量為M，根據(jù)動(dòng)能定理有，變形得，即，因此與圖線斜率有關(guān)的物理量為質(zhì)量。 （5）若m不滿足遠(yuǎn)小于M，則由動(dòng)能定理有，可得，v2與W仍然成正比關(guān)系，選A。 4．【答案】（1）小車做勻速運(yùn)動(dòng) （2）0.228 （3）如圖所示 （4）0.093 【解析】（1）小車能夠做勻速運(yùn)動(dòng)，紙帶上打出間距均勻的點(diǎn)，則表明已平衡摩擦。（2）相臨計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為T=0.1s，則。（4）根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)整體有mg=(m+M)a，對(duì)鉤碼有mg–FT=ma，聯(lián)立解得繩上的拉力。 20