2018-2019學(xué)年高中物理 第07章 機(jī)械能守恒定律 專題7.6 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系情景分組訓(xùn)練 新人教版必修2.doc

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專題7.6 實(shí)驗(yàn)：探究功與速度變化的關(guān)系 【本節(jié)知識(shí)清單】 1．探究的目的是研究外力對(duì)物體 與物體 的關(guān)系． 2．小車的末速度用來(lái)測(cè)量 。 3．本實(shí)驗(yàn)并不需要測(cè)量橡皮筋做功的具體值，只要保證各次實(shí)驗(yàn)橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的 ，這樣做可以大大簡(jiǎn)化操作． 4．實(shí)驗(yàn)所選取的器材：平板、小車、橡皮筋、釘子、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、 、 。． 5．在尋找功與速度變化的關(guān)系時(shí)，以橡皮筋的 為縱坐標(biāo)， 為橫坐標(biāo)，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(duì)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(diǎn)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(dòng)能變化”的實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)繩與木板平行 B．應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)繩保持水平 C．平衡摩擦力時(shí)，若紙帶上打出的點(diǎn)越來(lái)越密，就應(yīng)調(diào)大斜面傾角 D．平衡摩擦力時(shí)，若紙帶上打出的點(diǎn)越來(lái)越疏，就應(yīng)調(diào)大斜面傾角 【答案】AC　 2.在“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中（裝置如圖甲）： ①下列說(shuō)法哪一項(xiàng)是正確的 。（填選項(xiàng)前字母） A.平衡摩擦力時(shí)必須將鉤碼通過(guò)細(xì)線掛在小車上 B.為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量 C實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由靜止釋放 ②圖乙是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分，選取O、A、B、C計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz．則打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為_(kāi)___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(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車動(dòng)能變化關(guān)系，此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、小木塊等，組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 ?若要完成實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些 。 ?實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是下列哪個(gè) A.避免小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng) B.可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰 C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng) 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(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)過(guò)快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車的速度，在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決辦法： 。 他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做的功總是比小車動(dòng)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(shí)釋放了小車 B.小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)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(xué)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的檢測(cè)裝置，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的手搖環(huán)節(jié)；某物理課外活動(dòng)小組利用力傳感器和位移傳感器進(jìn)一步探究變力作用下的動(dòng)能定理．如圖甲所示，他們用力傳感器通過(guò)定滑輪直接拉固定在小車上的細(xì)繩，測(cè)出拉力F；用位移傳感器測(cè)出小車的位移s和瞬時(shí)速度．已知小車質(zhì)量為200g． （1）某次實(shí)驗(yàn)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(guò)程中力F做功W=_____J，此過(guò)程動(dòng)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(shí)驗(yàn)誤差的操作是____．（填選項(xiàng)前的字母，可能不止一個(gè)選項(xiàng)） A．使拉力F要遠(yuǎn)小于小車的重力 B．實(shí)驗(yàn)時(shí)要先平衡摩擦力 C．要使細(xì)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(guò)物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”．實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，他們提出了以下幾種猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2．他們的實(shí)驗(yàn)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(gè)速度傳感器（用來(lái)測(cè)量物體每次通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度），每次實(shí)驗(yàn)，物體都從初始位置處由靜止釋放． （1）該實(shí)驗(yàn)中是否需要測(cè)出物體的質(zhì)量　　　　　． （2）同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了以表格來(lái)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．其中L1．L2．L3．L4…，代表物體分別從不同高度處無(wú)初速釋放時(shí)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(guò)Q點(diǎn)的速度． 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 …． L L1 L2 L3 L4 …． v v1 v2 v3 v4 … 他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，木板與物體間摩擦力的大小　 ?。ㄌ睢皶?huì)”或“不會(huì)”）影響探究出的結(jié)果． 【答案】（1）不需要．（2）不合適，應(yīng)進(jìn)一步繪制L﹣v2圖象．（3）不會(huì) 6.某同學(xué)驗(yàn)證動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示．水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌；導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶遮光片的長(zhǎng)方形滑塊，其總質(zhì)量為M，實(shí)驗(yàn)步驟如下： 甲 ①用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光片的寬度d； ②安裝好實(shí)驗(yàn)器材，給氣墊導(dǎo)軌接上氣源，然后讀出拉力傳感器的示數(shù)，記為F，同時(shí)從氣墊導(dǎo)軌刻度尺上讀出滑塊與光電門(mén)之間的距離L； ③剪斷細(xì)繩，讓滑塊滑向光電門(mén)，并記錄滑塊通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t； ④多次改變滑塊與光電門(mén)之間的距離，記錄相應(yīng)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(wèn)題： (1)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片寬度d的測(cè)量結(jié)果如圖乙所示，則d＝________cm. 乙 (2)剪斷細(xì)繩后，滑塊開(kāi)始加速下滑，則其受到的合外力為_(kāi)_______． (3)剪斷細(xì)繩后，在滑塊從A運(yùn)動(dòng)至B的過(guò)程中，合外力對(duì)滑塊、遮光片組成的系統(tǒng)做的功可表示為W＝________，動(dòng)能的增加量可表示為ΔEk＝________；若動(dòng)能定理成立，則在本實(shí)驗(yàn)中與L的關(guān)系式為＝________. 【答案】:(1)1.00cm； (2)F; (3) FL ; ; . ７.某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)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(fù)寫(xiě)紙。將小球從不同的標(biāo)記點(diǎn)由靜止釋放，記錄小球到達(dá)斜槽底端時(shí)下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)位置測(cè)量出小球離開(kāi)斜槽后的豎直位移yo改變小球在斜槽上的釋放位置，進(jìn)行多次測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下： （1）在安裝斜槽時(shí)，應(yīng)注意＿＿＿＿＿＿＿； （2）已知斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動(dòng)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(kāi)斜槽后的豎直位移為y，不計(jì)小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過(guò)程中，若動(dòng)能定理成立則應(yīng)滿足的關(guān)系式是＿＿＿＿＿＿＿＿ （3）若想利用圖像直觀得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最好應(yīng)以H為橫坐標(biāo)，以 為縱坐標(biāo)，描點(diǎn)作圖。 【答案】（1）使斜槽末端O點(diǎn)的切線水平.（2）（3） 【解析】（1）由于是利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)量小球到達(dá)O點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度，故應(yīng)使斜槽末端O點(diǎn)的切線水平.（2）小球從斜槽上滑下的過(guò)程中合力做功。小球做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度，則小球到達(dá)O點(diǎn)時(shí)的動(dòng)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(yīng)以為縱坐標(biāo)。 【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(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是(　　) A．每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值 B．每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致 C．放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)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(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所師，實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下： （1）設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、……； （2）分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是___________。 A．本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)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(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行是實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功為W，用2條、3條、……橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、……實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3W、……。 B．小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ梢允鼓景暹m當(dāng)傾斜。 C．某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小。 D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 【答案】D 3．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)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(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)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致)，每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算． (1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、刻度尺和________(選填“交流”或“直流”)電源． (2)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是(　　) A．放開(kāi)小車，能夠自由下滑即可 B．放開(kāi)小車，能夠勻速下滑即可 C．放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．放開(kāi)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(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài) C．小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處 D．小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線 (4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測(cè)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(xué)在做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)小車在l條橡皮筋 的作用下沿木板滑行時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條…橡皮筋重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)法使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋所做的功分別為2W、3W…。 （1）圖中電火花計(jì)時(shí)器的工作電壓是________V； （2）實(shí)驗(yàn)室提供的器材如下：長(zhǎng)木板、小車、橡皮筋、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、電源等，還缺少的測(cè)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(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)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(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)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(cè)量(根據(jù)下面所示的紙帶回答），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） 【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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中獲得的速度v，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W；實(shí)驗(yàn)時(shí)，將木板左端調(diào)整到適當(dāng)高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：當(dāng)我們把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……多次實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)回答下列問(wèn)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的一系列的點(diǎn)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，則小車離開(kāi)橡皮筋后的速度為 m/s（保留兩位有效數(shù)字） (3) 將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小車所做的功W和小車離開(kāi)橡皮筋后的速度v，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以W為縱坐標(biāo)，v或v2為橫坐標(biāo)作圖，其中可能符合實(shí)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(dòng)能變化的關(guān)系，某實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：木板左端固定著一個(gè)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(gè)滑塊，滑塊右端拴著一根細(xì)線，細(xì)線跨過(guò)木板右端的定滑輪，拴著一個(gè)重錘，重錘右側(cè)有一個(gè)遮光片，當(dāng)彈簧的長(zhǎng)度為原長(zhǎng)時(shí)，遮光片恰好處于光電門(mén)A處，光電門(mén)A和B分別連接計(jì)時(shí)器（圖中未畫(huà)出）。已知彈性勢(shì)能的表達(dá)式為Ep＝k(Δx)2，忽略滑輪摩擦及空氣阻力。實(shí)驗(yàn)步驟如下： （1）簡(jiǎn)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(zhǎng)Δx、2Δx、3Δx、4Δx、…后，從靜止釋放滑塊，分別記下遮光片通過(guò)光電門(mén)A的時(shí)間t1、t2、t3、t4、…。若將前3次實(shí)驗(yàn)中彈簧對(duì)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(biāo)、為橫坐標(biāo)作圖，則得到的圖象近似是________（填“一條直線”或“一條曲線”）。 （4）實(shí)驗(yàn)中， ________（填“必須”或“可以不”）測(cè)量遮光片的寬度。________（填“必須”或“可以不”）測(cè)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(guò)光電門(mén)B與A的時(shí)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(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)研究小組的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。木塊從A點(diǎn)靜止釋放后，在一根彈簧作用下彈出，沿足夠長(zhǎng)的木板運(yùn)動(dòng)到B1點(diǎn)停下，O點(diǎn)為彈簧原長(zhǎng)時(shí)所處的位置，測(cè)得OB1的距離為L(zhǎng)1，并記錄此過(guò)程中彈簧對(duì)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(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)，作出彈簧對(duì)木塊做功W與木塊停下的位置距O點(diǎn)的距離L的圖象如圖乙所示。 請(qǐng)回答下列問(wèn)題： （i）W—L圖線為什么不通過(guò)原點(diǎn)？ 。 （ii）彈簧被壓縮的長(zhǎng)度LOA = cm。 【答案】（1）由于木塊通過(guò)AO段時(shí)，摩擦力對(duì)木塊做了功或W不為總功。 （2）3cm