高中物理人教必修2习题76实验探究功与速度变化的关系.docx
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高中物理人教必修2习题76实验探究功与速度变化的关系
6.实验:
探究功与速度变化的关系
基础巩固
1关于外力对物体所做功与速度关系的表达正确的是（ ）
A.W∝v B.W∝
C.W∝v2D.以上都错误
答案:
C
2（多选）在用如图所示装置做“探究做功与速度变化的关系”的实验时,下列说法正确的是（ ）
A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值
B.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值
C.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度
D.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度
解析:
实验通过增加橡皮筋的条数,使橡皮筋对小车做的功成倍增加,故A正确,B错误;小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕的速度,故C正确,D错误。
答案:
AC
3关于“探究功与速度变化的关系”的实验中,下列叙述正确的是（ ）
A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
C.放小车的长木板应该尽量使其水平
D.先接通打点计时器的电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出
解析:
本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少,只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了,A错误。
每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致,只有这样才能保证以后各次实验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,B错误。
小车运动中会受到阻力,只有使木板倾斜到一定程度,才能减小误差,C错误。
实验时,应该先接通电源,让打点计时器开始工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确。
答案:
D
4（多选）在“探究功与速度变化的关系”的实验中,某同学是用下面的方法和器材进行实验的:
放在长木板上的小车,由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动,小车拉动固定在它上面的纸带,纸带穿过打点计时器。
关于这一实验,下列说法中正确的是（ ）
A.长木板要适当倾斜,以平衡小车运动中受到的阻力
B.重复实验时,虽然用到橡皮筋的条数不同,但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同
C.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最密集的部分进行计算
D.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算
解析:
在本题的实验中,由于小车在运动中受到阻力（摩擦力和纸带的阻力）,所以要使长木板适当倾斜,以平衡小车运动过程中受到的阻力,重复实验时,为了使橡皮筋对小车所做的功与它的条数成正比,所以用到橡皮筋的条数虽然不同,但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同,利用纸带上的点计算小车的速度时,由于要计算的是小车脱离橡皮筋后匀速运动的速度,所以应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算,故选项A、B、D是正确的。
答案:
ABD
5在做“探究功与物体速度变化的关系”的实验时,小车的质量为m,使用橡皮筋6根,每次增加一根,实验中W、v、v2的数据已填在表格中。
W
v/（m·s-1）
v2/（m2·s-2）
0
0
0
1
0.80
0.64
2
1.10
1.21
3
1.28
1.64
4
1.53
2.34
5
1.76
3.10
6
1.89
3.57
（1）试在图中作出相应关系图象。
（2）从图象可以得出的实验结论是 。
解析:
（1）将表中的数据分别描在图甲、乙所示的两个坐标系中,然后在图甲中用平滑曲线连接,在图乙中用倾斜直线连接,并且使尽可能多的点分布在曲线上或对称分布在直线两侧,如图甲和乙所示。
（2）从乙图看出W∝v2。
答案:
（1）见解析图
（2）W∝v2
6某同学在研究“对不同物体做相同功情况下,物体质量与速度的关系”时,提出了以下四种猜想:
A.m∝vB.m∝
C.m∝v2D.m∝
为验证猜想的正确性,该同学用如图所示的装置进行实验:
将长木板平放在水平桌面上,木块固定在长木板一端,打点计时器固定在木块上,木块右侧固定一轻弹簧。
用连接纸带的小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放,打点计时器在纸带上打下一系列点,选取点迹均匀的一部分纸带,计算出小车匀速运动的速度v1,测出小车的质量m1;然后在小车上加砝码,再次压缩弹簧至木板虚线处由静止释放小车,计算出小车和砝码匀速运动的速度v2,测出小车和砝码的总质量m2;再在小车上加砝码,重复以上操作,分别测出v3、m3……
（1）每次实验中,都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放,目的是 ;若要消除每次实验中小车和纸带受到的阻力对小车运动的影响,应进行的实验操作是 。
（2）某次实验采集的五组数据如下表:
m/kg
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
v/（m·s-1）
1.000
0.707
0.577
0.500
0.447
由表格数据直观判断,明显不正确的两个猜想是A、B、C、D中的 ;若对某个猜想进行数据处理并作图,画出了如图所示的图象,则图中的横坐标应是 。
解析:
（1）每次将小车压缩弹簧至长木板的虚线处,弹簧具有相同的弹性势能,这样每次对小车做的功相同;要消除阻力对小车运动的影响,应先平衡摩擦力,可垫高木板固定打点计时器的一端,静止释放小车时,小车连同纸带一起在木板上匀速运动。
（2）由表中数据可知,明显不正确的两个猜想是A和C;由表中数据及图象可知小车的质量m,故横坐标
答案:
（1）使小车获得相同的动能（弹簧对小车做功相同） 垫高木板固定打点计时器的一端,静止释放小车时,小车连同纸带一起在木板上匀速运动（平衡摩擦力）
（2）AC
能力提升
1
如图所示,在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中,关于橡皮筋做的功,下列说法中正确的是（ ）
A.橡皮筋做的功可以直接测量
B.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加
C.橡皮筋在小车运动的全程中始终做功
D.把橡皮筋拉伸为原来的2倍,橡皮筋做功也增加为原来的2倍
解析:
橡皮筋做的功等于橡皮筋所释放的弹性势能,但无法直接测量,橡皮筋的条数成倍增加,弹性势能也会成倍增加,即做功成倍增加,但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功,故A、C错,B对。
橡皮筋的弹性势能与形变量的二次方成正比,当拉伸为原来的2倍时,橡皮筋的做功变为原来的4倍,故D错。
答案:
B
2用如图所示的装置探究功与物体速度变化的关系。
实验时,先适当垫高木板,然后由静止释放小车,小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出,沿木板滑行。
小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带,记录运动情况。
观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀,后面部分点迹比较均匀,回答下列问题:
（1）适当垫高木板是为了 。
（2）通过纸带求小车速度时,应使用纸带的 （选填“全部”“前面部分”或“后面部分”）。
（3）若实验作了n次,所用橡皮筋分别为1根、2根、…、n根,通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2、…、vn,用W表示橡皮筋对小车所做的功,作出的W-v2图线是一条过坐标原点的直线,这说明W与v的关系是 。
答案:
（1）平衡摩擦力
（2）后面部分 （3）W与速度v的二次方成正比
3“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图所示,当小车在两条橡皮筋的作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W0。
当用4条、6条、8条、…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次、…实验时,橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0、…,每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出。
（1）关于该实验,下列说法正确的是（ ）
A.打点计时器可以用直流电源供电,电压为4~6V
B.实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等
C.每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出
D.利用每次测出的小车最大速度vmax和橡皮筋做的功W,依次作出W-vmax、W
（2）如图给出了某次在正确操作情况下打出的纸带,从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带,测得O点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA=5.65cm,OB=7.12cm,OC=8.78cm,OD=10.40cm,OE=11.91cm。
已知相邻两点打点时间间隔为0.02s,则小车获得的最大速度vmax= m/s。
解析:
（1）实验应用交流电源,A错误;实验中使用的橡皮筋原长应相等,B错误;每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出,C正确;作出各种不同形式的图象,才能判断做功与速度变化的关系,D正确。
（2）由纸带计算得AB=1.47cm,BC=1.66cm,CD=1.62cm,DE=1.51cm,小车从打B点到打D点的过程中近似做匀速运动,则小车的最大速度vmaxm/s=0.82m/s。
答案:
（1）CD
（2）0.82
★
4某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行。
打点计时器工作频率为50Hz。
（1）实验中木板略微倾斜,这样做 。
A.是为了使释放小车后,小车能匀加速下滑
B.是为了增大小车下滑的加速度
C.可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功
D.可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动
（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条、…合并起来挂在小车的前端进行多次实验,每次都要把小车拉到同一位置再释放小车。
把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1,第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1,……;橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。
根据第4次的纸带（如图所示）求得小车获得的速度为 m/s。
（3）若根据多次测量数据画出的W-v草图如图所示,根据图线形状,可知对W与v的关系作出的猜想肯定不正确的是 。
A.W∝
C.W∝v2D.W∝v3
（4）如果W∝v2的猜想是正确的,则画出的W-v2图象应是 。
（5）在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是
。
（只要回答出一种原因即可）
解析:
（1）使木板稍微倾斜的目的是平衡摩擦力,使得橡皮筋松动后小车能够做匀速直线运动,故选项C、D正确。
（2）由纸带后半部分两点间距离相同,可知小车开始做匀速运动,可求得
vm/s。
（3）由W-v图象可知,随速度增大,W变化率增大,故选项A、B是不可能的。
（4）若W∝v2,由函数关系可知W-v2图象应该是过原点的直线。
（5）影响实验效果的因素很多,例如:
橡皮筋规格不完全相同、小车质量太小、木板倾斜过大或过小、每次实验不能让小车从同一位置由静止开始释放等。
答案:
（1）CD
（2）2 （3）AB
（4）过原点的一条直线
（5）橡皮筋的规格不完全相同、木板倾斜过大、小车质量太小等（只要回答出一种原因即可）
5某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中,设计了如图甲所示的实验。
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?
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m2/s2
m2/s2
m2/s2
≈2≈3
由以上数据可以判断W∝v2是正确的,也可以根据W
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