2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第2講 恒力做功與動能改變的關(guān)系題組訓(xùn)練 魯科版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 第2章 能的轉(zhuǎn)化與守恒 第2講 恒力做功與動能改變的關(guān)系題組訓(xùn)練 魯科版必修2 [時間：60分鐘] 題組一　借助變力做功探究功與速度變化的關(guān)系 1．小明和小帆利用如圖1所示的裝置探究功與速度的變化關(guān)系，對于橡皮筋和小車連接的問題，小明和小帆各有一種接法，你認(rèn)為正確的是________(填“甲”或者“乙”)． 圖1 2．在探究功與速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到了一條如圖2所示的紙帶，這條紙帶上的點(diǎn)兩端較密，中間稀疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是(　　) 圖2 A．電源的頻率不穩(wěn)定 B．木板的傾斜程度太大 C．沒有使木板傾斜或木板傾斜的程度太小 D．小車受到的阻力較大 3．在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙兩位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作均正確．甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了功和速度的關(guān)系圖線，即Wv圖，如圖3甲所示，并由此圖線得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論．乙同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了功與速度平方的關(guān)系圖線，即Wv2圖，如圖乙，并由此也得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論．關(guān)于甲、乙兩位同學(xué)的分析，你的評價是(　　) 圖3 A．甲的分析不正確，乙的分析正確 B．甲的分析正確，乙的分析不正確 C．甲和乙的分析都正確 D．甲和乙的分析都不正確 4．“探究彈力做功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示，當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0.當(dāng)用4條、6條、8條…完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次…實(shí)驗(yàn)時，橡皮筋對小車做的功記為2W0、3W0、4W0…每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度均可由打點(diǎn)計(jì)時器所打的紙帶測出． 圖4 (1)該實(shí)驗(yàn)________(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力． (2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是(　　) A．打點(diǎn)計(jì)時器可以用直流電源供電，電壓為4～6 V B．實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長可以不相等 C．每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出 D．利用每次測出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W－vm、W－v、W－v、W2－vm、W3－vm…的圖象，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系 (3)如圖5給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶，從中截取了測量物體最大速度所用的一段紙帶，測得O點(diǎn)到A、B、C、D、E各點(diǎn)的距離分別為OA＝5.65 cm，OB＝7.12 cm，OC＝8.78 cm，OD＝10.40 cm，OE＝11.91 cm.已知相鄰兩點(diǎn)時間間隔為0.02 s，則小車獲得的最大速度vm＝________m/s. 圖5 5．用如圖6所示的裝置探究功與物體速度變化的關(guān)系．實(shí)驗(yàn)時，先適當(dāng)墊高木板，然后由靜止釋放小車，小車在橡皮筋彈力的作用下被彈出，沿木板滑行．小車滑行過程中帶動通過打點(diǎn)計(jì)時器的紙帶，記錄運(yùn)動情況．觀察發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點(diǎn)跡疏密不勻，后面部分點(diǎn)跡比較均勻，回答下列問題： 圖6 (1)適當(dāng)墊高木板是為了_______________________________________________； (2)通過紙帶求小車速度時，應(yīng)使用紙帶的________(填“全部”、“前面部分”或“后面部分”)； (3)若實(shí)驗(yàn)做了n次，所用橡皮筋分別為1根、2根…n根，通過紙帶求出小車的速度分別為v1、v2…vn，用W表示橡皮筋對小車所做的功，作出的Wv2圖線是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，這說明W與v2的關(guān)系是____________________． 6．某同學(xué)利用圖7甲所示裝置探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系，得到了下表的數(shù)據(jù)： 圖7 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 橡皮筋條數(shù) 1 3 4 5 7 小車速度v/(ms－1) 0.71 1.23 1.42 1.58 1.71 (注：每條橡皮筋拉長的長度都一樣) (1)由表可得出定性結(jié)論： ________________________________________________________________________. (2)設(shè)一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W0，大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v的圖象．(畫在圖乙中) (3)根據(jù)以上的W－v圖象對W與v的關(guān)系作出初步判斷：_________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (4)根據(jù)數(shù)據(jù)完成下表的空白部分： 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 橡皮筋做功 W0 v2/(m2s－2) W與v的關(guān)系 題組二　借助恒力做功探究功與速度變化的關(guān)系 7．某同學(xué)為探究“合力做功與物體速度變化的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟是： ①按圖8擺好實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M＝0.20 kg，鉤碼總質(zhì)量m＝0.05 kg. ②釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源(電源頻率為f＝50 Hz)，打出一條紙帶． 圖8 (1)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖9所示．把打下的第一點(diǎn)記作0，然后依次取若干個計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個點(diǎn)未畫出，用厘米刻度尺測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d1＝0.004 m，d2＝0.055 m，d3＝0.167 m，d4＝0.256 m，d5＝0.360 m，d6＝0.480 m…，他把鉤碼重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝9.8 m/s2)作為小車所受合力算出打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)合力做功W＝________J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，打下第5點(diǎn)時小車的速度v5＝________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 圖9 (2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，他沒能得到“合力對物體做的功與速度的關(guān)系為W∝v2”的結(jié)論，且誤差很大．通過反思，他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的是________． A．鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大太多 B．沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大太多 C．釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動能增量的測量值比真實(shí)值偏小 D．沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因 8．為了探究“合力做功與速度變化的關(guān)系”某學(xué)習(xí)小組在實(shí)驗(yàn)室組裝了如圖10所示的裝置，備有下列器材：打點(diǎn)計(jì)時器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、天平、細(xì)沙．他們稱量滑塊的質(zhì)量為M、沙和小桶的總質(zhì)量為m.當(dāng)滑塊連接上紙帶，讓細(xì)線跨過滑輪并懸掛空的小桶時，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．請回答下列問題： 圖10 (1)要完成本實(shí)驗(yàn)，還缺少的實(shí)驗(yàn)器材是______________． (2)實(shí)驗(yàn)時為保證滑塊受到的合力與沙和小桶的總重力大小基本相等，沙和小桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是________________________________________，實(shí)驗(yàn)時為保證細(xì)線拉力等于滑塊所受的合外力，首先要做的步驟是________________． (3)在滿足(2)問的條件下，讓小桶帶動滑塊加速運(yùn)動，如圖11所示為打點(diǎn)計(jì)時器所打的紙帶的一部分，圖中A、B、C、D、E是按時間先后順序確定的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離標(biāo)注在圖上，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，則在B、D兩點(diǎn)間對滑塊進(jìn)行研究，合力對滑塊做的功為________，vB＝________，vD＝________(用題中所給的表示數(shù)據(jù)的字母表示)． 圖11 答案精析 第2講　實(shí)驗(yàn)：探究恒力做功與動能改變的關(guān)系 1．甲 2．CD　[電源頻率不穩(wěn)定的可能性不大，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是沒有平衡阻力或平衡阻力不夠，以致小車在橡皮筋作用下做加速運(yùn)動，在橡皮筋恢復(fù)原長以后做減速運(yùn)動，且受到的阻力較大．故選項(xiàng)C、D正確．] 3．A　[圖甲中Wv圖象是曲線，不能說明功與速度的平方一定成正比，圖乙中Wv2圖象是過原點(diǎn)的傾斜直線，說明功與速度的平方一定成正比，故A正確．] 4．(1)需要　(2)CD　(3)0.83 解析　(1)由于實(shí)驗(yàn)中要求橡皮筋對小車做的功是合外力做的功，故需要平衡摩擦力．(2)打點(diǎn)計(jì)時器只能用電壓為4～6 V的交流電源供電，選項(xiàng)A錯誤；實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長必須相等，否則實(shí)驗(yàn)誤差太大，甚至出現(xiàn)錯誤，選項(xiàng)B錯誤；每次實(shí)驗(yàn)都應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出，才能保證橡皮筋的形變量相同，選項(xiàng)C正確；利用圖象可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，能更直觀地反映出合力做功與物體速度變化的關(guān)系，選項(xiàng)D正確．(3)由圖及所給數(shù)據(jù)可知小車一定在BC間獲得最大速度，所以vm＝＝0.83 m/s. 5．(1)平衡摩擦力　(2)后面部分　(3)W與v2成正比 解析　(1)用1條、2條、3條…同樣的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢冕尫?，橡皮筋拉力對小車所做的功依次為W、2W、3W…探究橡皮筋拉力對小車所做的功W與小車速度v的定量關(guān)系．將木板放有打點(diǎn)計(jì)時器的一端墊高，小車不連橡皮筋，尾部固定一紙帶，輕推小車使小車沿木板向下運(yùn)動，如果紙帶上打出的點(diǎn)間距是均勻的，說明紙帶的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動，小車重力沿斜面方向的分力剛好平衡了小車所受的摩擦力． (2)橡皮筋拉力對小車所做的功全部完成后，打出來的點(diǎn)才能反映物體的速度，所以應(yīng)使用紙帶的后面部分． (3)Wv2圖線是一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，根據(jù)數(shù)學(xué)知識可確定W與v2成正比． 6．見解析 解析　每條橡皮筋拉長的長度都一樣，一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W0，由做功與拉長橡皮筋條數(shù)成正比得，第2、3、4、5次拉長橡皮筋所做的功應(yīng)分別為3W0、4W0、5W0、7W0. (1)定性結(jié)論：橡皮筋做的功與小車獲得的速度有關(guān)，并且做功越多，小車獲得的速度越大． (2)W與v的圖象如圖所示． (3)W與v的圖象很像拋物線，可能W∝v2. (4)如下表 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 橡皮筋做功 W0 3W0 4W0 5W0 7W0 v2/(m2s－2) 0.50 1.51 2.02 2.50 2.92 W與v的關(guān)系 W∝v2 7.(1)0.176　1.12　(2)AB 解析　(1)根據(jù)題意物體所受合外力為： F＝mg＝0.059.8 N＝0.49 N， 根據(jù)功的定義可知：W＝Fd5≈0.176 J； 根據(jù)勻變速直線運(yùn)動時間中點(diǎn)的瞬時速度等于該過程的平均速度，可以求出第5個點(diǎn)的速度大小為： v5＝＝ m/s＝1.12 m/s. (2)設(shè)繩子上拉力為F，根據(jù)牛頓第二定律有： 對小車：F＝Ma① 對鉤碼：mg－F＝ma② 可得F＝＝，由此可知當(dāng)M?m時，鉤碼的重力等于繩子的拉力，因此當(dāng)鉤碼質(zhì)量太大時，會造成較大誤差，故A正確；實(shí)驗(yàn)中要進(jìn)行平衡摩擦力操作，若沒有平衡摩擦力直接將鉤碼重力做的功當(dāng)做小車合外力做的功，會造成較大誤差，故B正確；釋放小車和接通電源的順序有誤，影響打點(diǎn)多少，不一定會使動能的測量值偏小，故C錯誤；距離的測量產(chǎn)生的誤差不是該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的主要誤差，故D錯誤． 8．(1)毫米刻度尺 (2)沙和小桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量　平衡摩擦力 (3)mg(s2＋s3)