人教版高中物理必修2实验探究功与速度变化的关系精编作业.docx

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人教版高中物理必修2实验探究功与速度变化的关系精编作业

知识点

基础

中档

稍难

实验操作

1、2、7

4、5

数据处理

3、6、8

9

综合

10、11

1.下图中所示为与小车相连，穿过打点计时器的一条纸带，纸带上的点距并不都是均匀的，下面说法中正确的是（　　）

①纸带的左端是与小车相连的

②纸带的右端是与小车相连的

③利用E、F、G、H、I、J这些点之间的距离来确定小车的速度

④利用A、B、C、D这些点之间的距离来确定小车的速度

A.①③　　　　　　B.②④

C.①④D.②③

答案：

B

解析：

小车先加速后匀速，加速时速度小，点子密集，故纸带右端与小车相连，确定小车速度时，小车应匀速运动，故应该用A、B、C、D点确定小车速度，故选B.

2.在探究功与物体速度变化关系的实验中，得到如图所示四条纸带，应选用（　　）

答案：

D

解析：

小车在橡皮筋作用下加速运动，当橡皮筋脱落后做匀速运动．D纸带较合理．

3.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，某同学在一次实验中得到了一条如图所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间稀疏．出现这种情况的原因可能是（　　）

A.先释放小车然后才通电打点

B.木板倾斜程度太大

C.木板倾斜程度太小

D.忘记平衡摩擦力

答案：

CD

解析：

从所打出的纸带上的点迹可以看出，小车先做加速运动，这是由于橡皮筋弹开前不断对它做功；小车后来做减速运动，表明小车的合力为阻力，这是因为实验时忘记了平衡摩擦力，或由于木板一端垫得太低致使摩擦力平衡得不够．故选项C、D正确．

4.某同学想利用自由落体运动“探究功与速度变化的关系”，实验中，下列四组物理量中需要直接或间接测量的量有（　　）

A.重锤的质量

B.重力加速度

C.重锤下落的高度

D.与重锤下落高度对应的重锤的瞬时速度

答案：

CD

解析：

物体受力不变，可以利用下落高度关系代表功的关系，所以必须测量下落高度，再利用下落高度计算对应各点的瞬时速度，故C、D对，A、B错．

5.科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究．下面我们追寻科学家的研究足迹用实验方法探究恒力做功和物体动能变化间的关系．

（1）某同学的实验方案如图甲所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：

①__________________________________________；

②__________________________________________.

（2）如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图乙所示，则打C点时小车的速度为________；要验证合外力做的功与小车动能变化间的关系，除位移、速度外、还要测出的物理量有________．

答案：

（1）①平衡摩擦力　②钩码的重力远小于小车的重力　

（2）　钩码的重力和小车的质量

6.[2013·海口高一检测]在探究“恒力做功与动能改变的关系”的实验中，某同学用1kg的小车，在平衡摩擦力之后，挂上44g的小砂桶后，小车拖动纸带并打出一系列的点．图中的纸带只是打出的纸带的一部分，相邻计数点时间间隔为0.10s，测量数据如图所示．重力加速度g＝9.80m/s2，（结果保留两位有效数字）则：

（1）b点所对应的小车运动的动能为________J.

（2）从b点到e点，小车动能的增加量为________J.

（3）从b点到e点，砂桶对小车做功________J.

答案：

（1）0.057　

（2）0.051　（3）0.052

解析：

（1）vb＝ac＝＝m/s＝0.338m/s

Ekb＝mv＝×1×（0.338）2J＝0.057J

（2）ve＝＝m/s＝0.465m/s

Eke＝mv＝×1×（0.465）2J＝0.108J

ΔEk＝Eke－Ekb＝0.108J－0.057J＝0.051J

（3）砂桶对小车做的功，即绳对小车的拉力做的功

W＝F·x＝mg·xbe＝0.044×9.8×（3.60＋4.02＋4.45）×10－2J＝0.052J

7.如图所示，在用橡皮筋拉动小车的装置来探究做功与物体速度变化的关系的活动中，实验中小车的________应保持一定；将长滑板稍微倾斜的目的是__________________，对倾斜角度的要求是：

小车无橡皮筋拉时恰能在木板上______________；实验时，小车每次要被拉到________（选填“不同”或“同一”）位置松手；改变橡皮筋弹力做功的办法是靠增加系在小车上的______________．

答案：

质量用重力沿斜面向下的分力平衡摩檫力匀速下滑同一橡皮筋条数

解析：

实验探究的是弹力对小车做功与小车的速度的变化关系，根据控制变量法应保证小车的质量不变．实验中为了克服摩擦力的影响，要将放置打点计时器的一端适当垫高，使重力沿平行木板方向的分力与小车受到的摩擦力相抵消．实验时，通过改变橡皮筋的条数，来改变对小车的做功值，为了使橡皮筋对小车做的功与其条数成正比，应将小车每次拉到同一位置由静止释放．

8.某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中，设计了如下图甲所示的实验．将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器．先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方．然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点，得到的纸带如下图乙所示．O点为计时器打下的第1个点，该同学对数据进行了下列处理：

取OA＝AB＝BC，并根据纸带算出了A、B、C三点的速度分别为vA＝0.12m/s，vB＝0.17m/s，vC＝0.21m/s.

根据以上数据你能否大致判断W∝v2?

答案：

见解析

解析：

设由O到A的过程中，重力对重物所做的功为W，那么由O到B的过程中，重力对重物所做的功为2W，由O到C的过程中，重力对重物所做的功为3W.

由计算可知，v＝1.44×10－2m2/s2

v＝2.89×10－2m2/s2

v＝4.41×10－2m2/s2

≈2，≈3

即v≈2v，v≈3v

由以上数据可以判断W∝v2是正确的，也可以根据W－v2的曲线来判断（如图所示）．

9.质量为1kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为6V、50Hz的交流电源，如图甲所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点（图中未画出），各计数点与O点之间的距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，单位为mm.则：

（1）求出B、C、D、E、F各点速度，并填入下表：

计数点

B

C

D

E

F

v/m·s－1

（2）求出物体下落时从O点到图中各点过程中重力所做的功，并填入下表：

计数点

B

C

D

E

F

W/J

（3）适当选择坐标轴，在图乙中作出物体重力做的功与物体速度之间的关系图象．图中纵坐标表示________________，横坐标表示________________，由图可得重力所做的功与______________成____________关系．

答案：

（1）1.18　1.57　1.96　2.35　2.74

（2）0.69　1.23　1.92　2.76　3.76

（3）如图所示

重力做的功WG　物体速度的平方v2　物体速度的平方v2　正比

解析：

（1）各点速度可由公式v＝求出

vB＝＝m/s≈1.18m/s

同理vC≈1.57m/s，vD≈1.96m/s，vE≈2.35m/s，

vF≈2.74m/s

（2）重力做的功由W＝mgΔx求出

WB＝mg＝1×9.8×70.6×10－3J≈0.69J

同理WC≈1.23J,WD≈1.92J，WE≈2.76J，WF≈3.76J

10.[2013·临沂高一检测]某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：

①摆好实验装置如图所示．

②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．

③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上．

④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带．

（1）在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，经测量、计算，得到如下数据：

①第一个点到第N个点的距离为40.0cm.

②打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s.该同学将钩码的重力当做小车所受的拉力，算出拉力对小车做的功为________J，小车动能的增量为________J.

（2）此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是：

__________________.

答案：

（1）②0.1960.100

（2）①小车质量没有远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③操作错误；先放小车后接通电源

解析：

（1）拉力F＝mg＝0.050×9.8N＝0.49N.

拉力对小车做的功

W＝Fl＝0.49×0.400J＝0.196J

小车动能的增量

ΔEk＝mv2＝×0.200×1.002J＝0.100J.

（2）误差很大的可能原因：

①小车质量不满足远大于钩码质量，使钩码的重力与小车受到的线的拉力差别较大；

②没有平衡摩擦力；

③先放小车后开电源，使打第一个点时，小车已有一定的初速度．

11.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图所示．他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小．小车中可以放置砝码．

（1）实验主要步骤如下：

①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路．

②将小车停在C点，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．

③在小车中增加砝码，或______________，重复②的操作．

（2）下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量m之和，|v－v|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中ΔE3＝____________，W3＝____________.（结果保留三位有效数字）

次数

M/kg

|v－v|/（m/s）2

ΔE/J

F/N

W/J

1

0.500

0.760

0.190

0.400

0.200

2

0.500

1.65

0.413

0.840

0.420

3

0.500

2.40

ΔE3

1.220

W3

4

1.000

2.40

1.20

2.420

1.21

5

1.000

2.84

1.42

2.860

1.43

（3）根据上表，请在下图中的坐标纸上作出ΔE－W图线．

答案：

（1）①小车②然后释放小车③减少砝码

（2）0.600J0.610J（3）在坐标纸上作出ΔE－W图线如下图所示

解析：

（1）①在实验过程中拉力对小车和拉力传感器做功使小车和拉力传感器的动能增加，所以，需要测量小车和拉力传感器的总质量；③通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力大小得出不同的数据．

（2）根据拉力传感器的示数和A、B间的距离用W＝Fs可计算拉力做的功．

（3）利用图象法处理数据，由动能定理W＝ΔEk＝mv－mv＝m（v－v）,可知W与ΔE成正比，作图可用描点法．