1、实验探究功与速度变化的关系试题君之每日一题君高考物理二轮复习1月29日 实验：探究功与速度变化的关系高考频度：难易程度： 如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。 （1）打点计时器使用的电源是_（选填选项前的字母）。A直流电源 B交流电源（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_（选填选项前的字母）。A把长木板右端垫高 B改变小车的质量（3）在不挂重物且_（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A计时器不打点
2、 B计时器打点（4）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C各点到O点的距离为x1、x2、x3，如图2所示。 实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg。从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W=_，打B点时小车的速度v=_。（5）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的v2W图象。由此图象可得v2随W变化的表达式为_。根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是_。 （6）假
3、设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2W关系的是_。 【参考答案】（1）B （2）A （3）B （4）mgx2 （5）v2=kW，k=4.7(4.55.0) kg1 质量（6）A【试题解析】（1）打点计时器均使用交流电源，选B。（2）平衡摩擦和其他阻力，是通过垫高木板右端，构成斜面，使重力沿斜面向下的分力跟它们平衡，选A；（3）平衡摩擦力时需要让打点计时器工作，纸带跟打点计时器限位孔间会有摩擦力，且可以通过纸带上打出的点迹判断小车的运动是否为匀速直线运动，选B。（4）小车拖动纸带移动的距离等于重物下落的距离，又小车所受拉
4、力约等于重物重力，因此W=mgx2；小车做匀变速直线运动，因此打B点时小车的速度为打AC段的平均速度，则。（5）由图3可知，图线斜率k4.7 kg1，即v2=4.7 kg1W；设小车质量为M，根据动能定理有，变形得，即，因此与图线斜率有关的物理量为质量。（6）若m不满足远小于M，则由动能定理有，可得，v2与W仍然成正比关系，选A。【知识补给】实验：探究功与速度变化的关系1平衡摩擦力时，小车应拉着纸带，使小车重力沿斜面向下的分力与木板对小车的摩擦力、打点计时器对纸带的阻力平衡。平衡时，打点计时器打出的纸带上点迹间距相等，即小车做匀速直线运动。2变力做功时，测小车速度应选纸带上的点均匀的部分，也就
5、是选小车做匀速运动的部分。3恒力做功时，用光电门测速度，应考虑挡光部分的大小造成的误差。4小车质量应大一些，使力不变时，加速度较小，纸带上打下的点多一些。 利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0 g，钩码的质量为m=10.0 g，打点计时器的电源为50 Hz的交流电。 （1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_。（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示。选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离，记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”
6、时小车的速度v1=_m/s。 （3）将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力对小车做的功W。利用算出小车动能，并求出动能的变化量。计算结果见下表。2.452.923.353.814.262.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在方格纸上作出图象。 （4）实验结果表明，总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=_N。某同学把附有滑轮的长木板放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究细绳拉力做功与小车动能变
7、化的关系，此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。 （1）若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些。_（2）实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行，他这样做的目的是下列的哪个。_（填字母代号）A避免小车在运动过程中发生抖动 B可使打点计时器在纸带上打出的点清晰C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力（3）平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解
8、决办法：_。（4）他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些，这一情况可能是下列哪些原因造成的_（填字母代号）。A在接通电源的同时释放了小车B小车释放时离打点计时器太近C阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D钩码匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力某同学用图甲所示的器材做“探究功与速度变化的关系”的实验。如图甲所示，小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功计为W，当用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致，小车速度可由速度传感器测出，并经电脑处理后得出如图乙所示的一一
9、对应的vt图象，由图象可以读出每次实验时小车获得的最大速度并记入表中。次数做功速度（ms1）速度平方（m2s2）1W1.001.0022W1.411.9933W1.732.9944WX55W2.245.02 （1）表中“X”处的数值应该是_。（2）从表格中可以得出，合力的功W与速度v的关系是_。（3）在作图象时，由于实际操作过程中木板的倾角调整不当，造成实际图线与理想图线（虚线）存在差异，则作出的图象可能是_。ABCD某实验小组利用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系，他们将宽度为d的挡光片固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连，在水平桌面上的A、B两点各安装一个光电门
10、，记录小车通过A、B时的遮光时间，小车中可以放置砝码，砝码对光电门无影响。实验主要步骤如下： 用游标卡尺测量挡光片的宽度d。将木板略微倾斜以平衡摩擦力，使细线拉力做的功等于合力对小车做的功；将小车停在C点，在砝码盘中放上砝码，小车在细线拉动下运动，记录此时小车、小车中砝码和挡光片的质量之和为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，小车通过A、B时的遮光时间分别为t1、t2；在小车中增减砝码或在砝码盘中增减砝码，重复的操作。（1）下表是他们测得的多组数据，其中|是两个速度的平方差，F为砝码盘及盘中砝码的总重力，W是F在A、B间做的功。表格中W3=_。（结果保留三位有效数字）次数M（kg）|（m2s2）
11、F（N）W（J）11.0000.3800.4000.20021.0000.8260.8400.42031.0000.9961.010W342.0001.202.4201.2152.0001.422.8601.43（2）若在本实验中没有平衡摩擦力，假设小车与水平长木板之间的动摩擦因数为。利用上面的实验器材完成如下操作：保证小车质量不变（未知），改变砝码盘中砝码的数量（取绳上拉力近似为砝码盘及盘中砝码的总重力），测得多组m、t1、t2的数据，并得到m与的关系图象，如图乙所示。已知图象在纵轴上的截距为b，直线PQ的斜率为k，A、B两点的距离为s，挡光片的宽度为d，则=_；图线发生弯曲的原因是_。 某
12、实验小组做“探究动能定理”实验，装置如图甲所示。探究对象是铝块（质量小于砂桶），保持其质量m不变，通过在砂桶中加砂来改变对铝块的拉力，由力传感器可测得拉力的大小F。已知当地重力加速度为g，电源频率为f。 （1）若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更_（填“大”或“小”）。（2）实验时，让砂桶从高处由静止开始下落，在纸带打出一系列的点，如图乙所示，其中0是打下的第一个点，取纸带上05过程进行研究，铝块动能的增加量Ek=_，外力做的功W=_。（3）为了更普遍地反应铝块运动过程中功与动能增加量的关系，某同学选取0点到不同计数点过程，作出EkW图象如图丙所示，他根据_，才得到结论：外力做的功等于动
13、能的增加量。（4）为了提高实验效果，提出一条合理的建议：_。【参考答案】（1）小车做匀速运动 （2）0.228 （3）如图所示 （4）0.093 （1）小车能够做匀速运动，纸带上打出间距均匀的点，则表明已平衡摩擦。（2）相临计数点间时间间隔为T=0.1 s，则。（4）根据牛顿第二定律，对整体有mg=(m+M)a，对钩码有mgFT=ma，联立解得绳上的拉力。 （3）纸带上打出的点数较少，说明小车的加速度过大（即小车过快），故在所挂钩码质量不变的情况下，可以增加小车质量（在小车上加上适量的砝码）。（4）在此实验中，根据牛顿第二定律可知，钩码重力大于细绳拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于
14、小车动能增量；若实验中平衡摩擦力不够，也会导致拉力做功大于动能增量，选CD。（1）2.00 （2） （3）AD（1）由图乙可知X=2.00。（2）由表中数据可得。（3）若倾角较小，平衡摩擦力不够，则根据动能定理有，A正确；若倾角较大，平衡摩擦力过度，则根据动能定理有，D正确。（1）0.505 （2） 绳上拉力不能近似为砝码盘及盘中砝码的总重力（1）由W=Fs，可得A、B间的距离s=0.5 m，则W3=1.0100.5=0.505(J)。（2）小车受到的拉力F0=Ff=mgMg，小车的位移是s，由运动学规律有2s=，可得m=+M，故k=，b=M，解得=；当砝码盘中砝码的数量增加使绳上拉力不能近似为砝码盘及盘中砝码的总重力时，图线就会弯曲。 （3）由图中的图线可知，图线的斜率近似等于1，故得到结论外力做的功等于动能的增加量。（4）铅块换成密度更大的物块。
