2018-2019學年高中物理 第07章 機械能守恒定律 專題7.6 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系情景分組訓練 新人教版必修2.doc

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專題7.6 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系 【本節(jié)知識清單】 1．探究的目的是研究外力對物體 與物體 的關(guān)系． 2．小車的末速度用來測量 。 3．本實驗并不需要測量橡皮筋做功的具體值，只要保證各次實驗橡皮筋做的功是第一次實驗時的 ，這樣做可以大大簡化操作． 4．實驗所選取的器材：平板、小車、橡皮筋、釘子、打點計時器、紙帶、 、 。． 5．在尋找功與速度變化的關(guān)系時，以橡皮筋的 為縱坐標， 為橫坐標，作出Wv曲線(即功—速度曲線)．分析這條曲線，得出橡皮筋的拉力對小車所做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系． 【答案】1.做功；速度的變化 2.打點計時器 3.倍數(shù) 4.交流電源；刻度尺 5.拉力所做的功W；小車的速度v 【本節(jié)考點題組】 【題組一】恒力做功與速度變化 1.關(guān)于“探究恒力做功與動能變化”的實驗，下列說法中正確的是(　　) A．應調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細繩與木板平行 B．應調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細繩保持水平 C．平衡摩擦力時，若紙帶上打出的點越來越密，就應調(diào)大斜面傾角 D．平衡摩擦力時，若紙帶上打出的點越來越疏，就應調(diào)大斜面傾角 【答案】AC　 2.在“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實驗中（裝置如圖甲）： ①下列說法哪一項是正確的 。（填選項前字母） A.平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上 B.為減小系統(tǒng)誤差，應使鉤碼質(zhì)量遠大于小車質(zhì)量 C實驗時，應使小車靠近打點計時器由靜止釋放 ②圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分，選取O、A、B、C計數(shù)點，已知打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz．則打B點時小車的瞬時速度大小為____m/s（保留三位有效數(shù)字）。 【答案】?C ?0.653 3.（2014天津理綜，9(2)）某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化關(guān)系，此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等，組裝的實驗裝置如圖所示。 ?若要完成實驗，必需的實驗器材還有哪些 。 ?實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行。他這樣做的目的是下列哪個 A.避免小車在運動過程中發(fā)生抖動 B.可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰 C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動 D.可在平衡摩擦力后使繩 的拉力等于小車受的合力 ?平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車的速度，在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法： 。 他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做的功總是比小車動能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的 A.在接通電源的同時釋放了小車 B.小車釋放時離打點計時器太近 C.阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉 D.鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力 【答案】?刻度尺、天平（包括砝碼）?D?可在小車上加適量的砝碼（或鉤碼）CD 4. 傳感器是一種將非電學量轉(zhuǎn)換成電信號的檢測裝置，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的手搖環(huán)節(jié)；某物理課外活動小組利用力傳感器和位移傳感器進一步探究變力作用下的動能定理．如圖甲所示，他們用力傳感器通過定滑輪直接拉固定在小車上的細繩，測出拉力F；用位移傳感器測出小車的位移s和瞬時速度．已知小車質(zhì)量為200g． （1）某次實驗得出拉力F隨位移s變化規(guī)律如圖乙所示，速度v隨位移s變化規(guī)律如圖丙所示．利用所得的F-s圖象，求出s=0.30m到0.52m過程中力F做功W=_____J，此過程動能的變化△Ek=___J（保留2位有效數(shù)字）． （2）下列情況中可減小實驗誤差的操作是____．（填選項前的字母，可能不止一個選項） A．使拉力F要遠小于小車的重力 B．實驗時要先平衡摩擦力 C．要使細繩與滑板表面平行． 【答案】 (1). 0.17 (2). 0.15 (3). BC 5.某興趣小組想通過物塊在斜面上運動的實驗探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”．實驗開始前，他們提出了以下幾種猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2．他們的實驗裝置如圖甲所示，PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個速度傳感器（用來測量物體每次通過Q點時的速度），每次實驗，物體都從初始位置處由靜止釋放． （1）該實驗中是否需要測出物體的質(zhì)量　　　　　． （2）同學們設(shè)計了以表格來記錄實驗數(shù)據(jù)．其中L1．L2．L3．L4…，代表物體分別從不同高度處無初速釋放時初始位置到速度傳感器的距離，v1．v2．v3．v4…，表示物體每次通過Q點的速度． 實驗次數(shù) 1 2 3 4 …． L L1 L2 L3 L4 …． v v1 v2 v3 v4 … 他們根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了如圖乙所示的L﹣v圖象，并得出結(jié)論W∝v2．他們的做法是否合適，你有什么好的建議？　 ?。? （3）在此實驗中，木板與物體間摩擦力的大小　 ?。ㄌ睢皶被颉安粫保┯绊懱骄砍龅慕Y(jié)果． 【答案】（1）不需要．（2）不合適，應進一步繪制L﹣v2圖象．（3）不會 6.某同學驗證動能定理的實驗裝置如圖甲所示．水平桌面上固定一傾斜的氣墊導軌；導軌上A點處有一帶遮光片的長方形滑塊，其總質(zhì)量為M，實驗步驟如下： 甲 ①用游標卡尺測出遮光片的寬度d； ②安裝好實驗器材，給氣墊導軌接上氣源，然后讀出拉力傳感器的示數(shù)，記為F，同時從氣墊導軌刻度尺上讀出滑塊與光電門之間的距離L； ③剪斷細繩，讓滑塊滑向光電門，并記錄滑塊通過光電門的時間t； ④多次改變滑塊與光電門之間的距離，記錄相應的L與t的值，結(jié)果如下表所示： 1 2 3 4 5 L(m) 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 t(ms) 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43 (104s－2) 1.48 1.95 2.41 2.92 3.39 試分析下列問題： (1)用游標卡尺測量遮光片寬度d的測量結(jié)果如圖乙所示，則d＝________cm. 乙 (2)剪斷細繩后，滑塊開始加速下滑，則其受到的合外力為________． (3)剪斷細繩后，在滑塊從A運動至B的過程中，合外力對滑塊、遮光片組成的系統(tǒng)做的功可表示為W＝________，動能的增加量可表示為ΔEk＝________；若動能定理成立，則在本實驗中與L的關(guān)系式為＝________. 【答案】:(1)1.00cm； (2)F; (3) FL ; ; . ７.某同學利用如圖所示的裝置驗證動能定理。將木板豎直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白紙、復寫紙。將小球從不同的標記點由靜止釋放，記錄小球到達斜槽底端時下落的高度H，并根據(jù)落點位置測量出小球離開斜槽后的豎直位移yo改變小球在斜槽上的釋放位置，進行多次測量，記錄數(shù)據(jù)如下： （1）在安裝斜槽時，應注意＿＿＿＿＿＿＿； （2）已知斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為，木板與斜槽末端的水平距離為x，小球在離開斜槽后的豎直位移為y，不計小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過程中，若動能定理成立則應滿足的關(guān)系式是＿＿＿＿＿＿＿＿ （3）若想利用圖像直觀得到實驗結(jié)論，最好應以H為橫坐標，以 為縱坐標，描點作圖。 【答案】（1）使斜槽末端O點的切線水平.（2）（3） 【解析】（1）由于是利用平拋運動測量小球到達O點時的瞬時速度，故應使斜槽末端O點的切線水平.（2）小球從斜槽上滑下的過程中合力做功。小球做平拋運動的初速度，則小球到達O點時的動能，若，則有，可得。（3）由可以看出，H與y成反比，故由“化曲為直”的原則可知應以為縱坐標。 【題組二】變力做功與速度變化 1.關(guān)于“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗中，下列敘述正確的是(　　) A．每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值 B．每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致 C．放小車的長木板應該盡量使其水平 D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 【答案】D　 2.（2009安徽理綜，21Ⅲ，6分）探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實驗裝置如圖所師，實驗主要過程如下： （1）設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……； （2）分析打點計時器打出的紙帶，求出小車的速度、、、……； （3）作出草圖； （4）分析圖像。如果圖像是一條直線，表明∝；如果不是直線，可考慮是否存在∝、∝、∝等關(guān)系。 以下關(guān)于該試驗的說法中有一項不正確，它是___________。 A．本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致。當用1條橡皮筋進行是實驗時，橡皮筋對小車做的功為W，用2條、3條、……橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、……實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W、……。 B．小車運動中會受到阻力，補償?shù)姆椒ǎ梢允鼓景暹m當傾斜。 C．某同學在一次實驗中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小。 D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點到最后一點的距離來進行計算。 【答案】D 3．某學習小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗如圖所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為W.當用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的速度根據(jù)打點計時器所打在紙帶上的點進行計算． (1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關(guān)、刻度尺和________(選填“交流”或“直流”)電源． (2)實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是(　　) A．放開小車，能夠自由下滑即可 B．放開小車，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，能夠勻速下滑即可 (3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是(　　) A．橡皮筋處于原長狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C．小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 D．小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線 (4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的________部分進行測量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)． 【答案】(1)交流　(2)D　(3)B　(4)GJ 4.如圖所示，某同學在做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗。當小車在l條橡皮筋 的作用下沿木板滑行時，橡皮筋對小車做的功記為W。當用2條、3條…橡皮筋重復實驗時，設(shè)法使每次實驗中橡皮筋所做的功分別為2W、3W…。 （1）圖中電火花計時器的工作電壓是________V； （2）實驗室提供的器材如下：長木板、小車、橡皮筋、打點計時器、紙帶、電源等，還缺少的測量工具是________； （3）圖中小車上有一固定小立柱，下圖給出了4種橡皮筋與小立柱的套接方式，為減小實驗誤差，你認為最合理的套接方式是________； （4）在正確操作的情況下，某次所打的紙帶如圖所示。打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應選用紙帶的________部分進行測量(根據(jù)下面所示的紙帶回答），小車獲得的速度是________m/s。(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） 【答案】220；刻度尺；A；GJ，0.65 5.探究“做功和物體速度變化的關(guān)系”實驗裝置如圖甲所示，圖中是小車在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形。小車實驗中獲得的速度v，由打點計時器所打點的紙帶測出，橡皮筋對小車做的功記為W；實驗時，將木板左端調(diào)整到適當高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。請回答下列問題：當我們把2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……多次實驗。請回答下列問題： 圖甲 3.7 mm 2.3 4.9 5.9 7.2 7.2 7.2 7.2 6.7 . 圖乙 （1）除了圖甲中已給出器材外，需要的器材還有：交流電源、_________________； （2）如圖乙中，是小車在某次運動過程中打點計時器在紙帶上打出的一系列的點，打點的時間間隔為0.02s，則小車離開橡皮筋后的速度為 m/s（保留兩位有效數(shù)字） (3) 將幾次實驗中橡皮筋對小車所做的功W和小車離開橡皮筋后的速度v，進行數(shù)據(jù)處理，以W為縱坐標，v或v2為橫坐標作圖，其中可能符合實際情況的是___________ 【答案】（1）毫米刻度尺 （2）0.36 （3）AD 6.為了探究合力做功與物體動能變化的關(guān)系，某實驗小組設(shè)計了如下實驗方案：木板左端固定著一個擋板，一根輕質(zhì)彈簧左端可以拴在擋板上，右端可以拴住一個滑塊，滑塊右端拴著一根細線，細線跨過木板右端的定滑輪，拴著一個重錘，重錘右側(cè)有一個遮光片，當彈簧的長度為原長時，遮光片恰好處于光電門A處，光電門A和B分別連接計時器（圖中未畫出）。已知彈性勢能的表達式為Ep＝k(Δx)2，忽略滑輪摩擦及空氣阻力。實驗步驟如下： （1）簡述平衡摩擦力的方法：___________________________________________。 （2）在擋板和滑塊間連接好彈簧，保持木板傾角不變，將彈簧分別拉長Δx、2Δx、3Δx、4Δx、…后，從靜止釋放滑塊，分別記下遮光片通過光電門A的時間t1、t2、t3、t4、…。若將前3次實驗中彈簧對小物塊做的功分別記為W1、W2、W3，則W1∶W2∶W3＝________； （3）若以W為縱坐標、為橫坐標作圖，則得到的圖象近似是________（填“一條直線”或“一條曲線”）。 （4）實驗中， ________（填“必須”或“可以不”）測量遮光片的寬度。________（填“必須”或“可以不”）測量滑塊和重錘的質(zhì)量。 【答案】（1）先取下彈簧，將木板有滑輪一端墊起，調(diào)整木板傾角，直到向下輕推滑塊后，遮光片先后經(jīng)過光電門B與A的時間相等。（2）1：4：9（3）一條直線（4）可以不；可以不 ７.在“探究功與物體速度變化關(guān)系”的實驗中，某實驗研究小組的實驗裝置如圖甲所示。木塊從A點靜止釋放后，在一根彈簧作用下彈出，沿足夠長的木板運動到B1點停下，O點為彈簧原長時所處的位置，測得OB1的距離為L1，并記錄此過程中彈簧對木塊做的功為W1。用完全相同的彈簧2根、3根……并列在一起進行第2次、第3次……實驗并記錄相應的數(shù)據(jù)，作出彈簧對木塊做功W與木塊停下的位置距O點的距離L的圖象如圖乙所示。 請回答下列問題： （i）W—L圖線為什么不通過原點？ 。 （ii）彈簧被壓縮的長度LOA = cm。 【答案】（1）由于木塊通過AO段時，摩擦力對木塊做了功或W不為總功。 （2）3cm