高中物理机械能第六节实验探究功与速度变化的关系.docx
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高中物理机械能第六节实验探究功与速度变化的关系
第六节实验：
探究功与速度变化的关系
【学习目标】
（1）通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系．
（2）通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系．
【新知预习】
1．探究问题的提出：
为了定量讨论与动能相关的问题，必须找出动能的表达式，动能表达式中应该包含，且越大，动能Ek也越大。
物体在运动的过程中，可以改变速度，根据是能量转化的量度，合力做功一定会改变物体的，探究动能的表达式，则先探究合力做功与速度变化的关系。
2．科学推理与猜测：
若作用于物体的合力不为零，产生加速度，若初速度为零，则物体前进距离越大，做的功，物体的速度。
可以猜测有可能w∝v,也有可能w∝。
3．设计实验：
参考案例一
㈠装置示意图
㈡⑴实验时在挂砝码前，适当倾斜轨道，平衡。
打开打点计时器，轻轻推动小车，若纸带上所打点间隔相等，则表明，若所打点间距越来越小，则表明。
⑵实验时，当小车质量重物质量时，把重物所受的重力当作小车所受的合力。
⑶改变砝码质量或者改变小车运动的距离，也就改变了合力对小车做的功。
利用纸带，取点进行研究，可以测出小车运动的位移，和对应点的速度。
参考案例二
㈠装置示意图
㈡⑴在装上橡皮筋之前，要适当倾斜轨道，平衡。
⑵实验时，使小车在橡皮筋的作用下弹出，此过程橡皮筋对小车的作用力是（恒、变力），在橡皮筋在恢复原长的过程中，橡皮筋对小车做的功为w。
第二次、第三次……操作时分别改用2根、3根……同样的橡皮筋，并使小车从被弹出；那么橡皮筋对小车做的功一定是第一次的倍、倍……，分别为、。
⑶利用纸带，测量橡皮筋恢复原长时小车的速度，应选择纸带上那段。
㈢误差分析：
实验误差的主要来源之一是橡皮筋的长度、粗细不一，所以实验中应尽量选用长度和规格的橡皮筋。
4．实验数据处理
⑴如果作出的“功——速度”曲线是一条直线，则表明牵引力做的功与小车获得的速度的关系是正比关系，即wv。
⑵如果不是直线，那么可能是w∝v2、w∝v3，甚至w∝
……到底是那种关系？
如果认为可能是w∝v2，然后以为纵坐标，为横坐标作图，如果图象是一条直线，说明两者关系真的是w∝v2。
例:
某实验小组采用图所示的装置探究“功与速度变化的关系”，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为50Hz．
（1）实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，；
③改变钩码的数量，更换纸带，重复②的操作。
该同学想用钩码的重力来表示小车受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为实验中还应该采取的两项措施是：
；。
（2）下图是实验时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到0的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在下表中的相应位置．
表1纸带的测量结果
测量点
x/cm
v/（m·s-1）
测量点
x/cm
v/（m·s-1）
0
0.00
0.35
C
A
1.51
0.40
D
7.15
0.54
B
3.20
0.45
E
9.41
0.60
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1．将一小球竖直向上抛出，取向上为正方向．设小球在抛出点的重力势能为零，小球所受空气阻力大小恒定．则上升过程中，小球的加速度a、速度v、机械能E、动能Ek与小球离抛出点高度h的关系错误的是（）
A．
B．
C．
D．
2．质量相同的甲、乙两车同时从同一地点沿同一直线运动，它们的运动速度随时间变化的ν–t图象如图所示。
关于两车的运动情况，下列说法正确的是（）
A．在0~t0内，乙车一直在做加速度减小的加速运动
B．在t=t0时，甲乙两车恰好相遇
C．在t=2t0时刻，甲乙两车相距最远
D．在0~2t0内，甲车的平均速度大小为v0
3．如图所示，地球绕太阳的运动与月亮绕地球的运动可简化成同一平面内的匀速圆周运动，农历初一前后太阳与月亮对地球的合力约为F1，农历十五前后太阳与月亮对地球的合力约为F2，则农历初八前后太阳与月亮对地球的合力约为（）
A．F1+F2
B．
C．
D．
4．质量为m的物体P置于倾角为θ1的固定光滑斜面上，斜面足够长，轻细绳跨过光滑定滑轮分别连接着P与动力小车，P与滑轮间的细绳平行于斜面，小车带动物体P以速率v沿斜面匀速直线运动，下列判断正确的是（）
A．小车的速率为vB．小车的速率为vcosθ1
C．小车速率始终大于物体速率D．小车做匀变速运动
5．如图，物体P、Q置于光滑水平面上，某时刻分别在相同大小的水平恒力F1、F2作用下，由静止开始运动，经时间t，P、Q发生的位移大小关系为xP则t时刻
A．F2的功率比F1的大
B．P的速度比Q的大
C．P的动能比Q的大
D．P的动量比Q的大
6．如图，匀强电场中有一个与电场线平行的平面，平面中有一个直角三角形ABC，其中∠B=90°，∠C=30°，AB=2m。
若在B处有一个放射源，能沿平面向各方向射出动能为10eV的电子，电子经过A、C两点时的动能分别为1leV和7eV．不考虑电子间的相互作用，则该电场的电场强度大小为（）
A．
B．
C．
D．
二、多项选择题
7．分子间同时存在相互作用的引力和斥力，分子力则是它们的合力（即表现出来的力）。
关于分子间的引力、斥力说法正确的是_________
A．分子间的引力总是随分子间距的增大而减小
B．分子间的斥力总是随分子间距的增大而减小
C．分子力（合力）总是随分子间距的增大而减小
D．分子间同时存在相互作用的引力和斥力，所以分子力不可能为零
E.分子力表现为引力时，其大小有限；分子力表现为斥力时，可以很大
8．如图所示，x轴在水平地面上，y轴沿竖直方向。
图中画出了从y轴上不同位置沿x轴正向水平抛出的三个小球a、b和c的运动轨迹。
小球a从（0，2L）抛出，落在（2L，0）处；小球b、c从（0，L）抛出，分别落在（2L，0）和（L，0）处。
不计空气阻力，下列说法正确的是（）
A．b和c运动时间相同
B．a的运动时间是b的两倍
C．a和b初速度相同
D．b的初速度是c的两倍
9．如图所示，内壁光滑的圆锥筒固定不动，圆锥筒的轴线沿竖直方向。
两个质量相等的小球A和B紧贴着内壁分别在如图所示的水平面内做匀速圆周运动，已知两小球运动的轨道半径之比rA∶rB=2∶1，取圆锥筒的最低点C为重力势能参照面，则A、B两球
A．运动周期之比TA∶TB=2∶1
B．速度之比vA∶vB=
∶1
C．机械能之比EA∶EB=2∶1
D．向心加速度之比aA∶aB=
∶1
10．如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与质量为m、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，弹簧水平且处于原长。
圆环从A处由静止开始下滑，经过B处的速度最大，到达C处的速度为零，AC=h。
圆环在C处获得一竖直向上的速度v，恰好能回到A；弹簧始终在弹性限度之内，重力加速度为g，则圆环（）
A．下滑过程中，加速度一直减小
B．下滑过程中，克服摩擦力做功为
C．在C处，弹簧的弹性势能为
D．上滑经过B的速度大于下滑经过B的速度
三、实验题
11．4月12日为国际航天日，现计划发射一颗距离地面高度为地球半径R的圆形轨道地球卫星，卫星轨道平面与赤道平面重合，已知地球表面重力加速度为g，万有引力常量为G。
（1）求地球质量M和地球的密度ρ；
（2）求卫星绕地心运动周期T；
12．为测量由两节干电池组成的电池组的电动势和内电阻，某同学设计了如图甲所示的实验电路，其中R为电阻箱，
为保护电阻。
实验步骤如下：
断开开关S，调整电阻箱的阻值。
再闭合开关S，读取并记录电压表的示数及电阻箱接入电路中的阻值，多次重复上述操作，可得到多组电压值U及电阻值R，并以
为纵坐标，
为横坐标，画出
图线如图乙所示。
由图线可求得：
电池组的电动势
V，内阻
。
（保留两位有效数字）
四、解答题
13．如图所示，横截面积S＝100cm2的容器内，有一个用弹簧和底面相连的活塞，活塞的气密性良好，当容器内气体的温度T1＝300K时，容器内外的压强均为p0＝1.0×105Pa，活塞和底面相距L1＝10cm，弹簧劲度系数k＝1000N/m；在活塞上放物体甲，活塞最终下降d＝2cm后保持静止，容器内气体的温度仍为T1＝300K．活塞质量及活塞与容器壁间的摩擦均不计，取g＝10m/s2。
①求物体甲的质量m1；
②在活塞上再放上物体乙，若把容器内气体加热到T2＝330K，系统平衡后，活塞保持放上物体甲平衡后的位置不变，求物体乙的质量m2。
14．如图所示，在一端封闭、另一端开口向上的竖直玻璃管内，用5cm高的水银柱封闭着45cm长的理想气体，管内外气体的温度均为300K，大气压强p0=76cmHg．
（i）若缓慢对玻璃管加热，当管中气体的温度上升了60K时水银柱上表面与管口刚好相平，求玻璃管的总长度；
（ii）若保持管内温度始终为300K，现将水银缓慢注入管中，直到水银柱上表面与管口相平，求此时玻璃管内水银柱的总长度。
（计算结果可带根号）
【参考答案】
一、单项选择题
题号
1
2
3
4
5
6
答案
B
D
B
C
A
A
二、多项选择题
7．ABE
8．AD
9．BC
10．BD
三、实验题
11．
（1）
（2）
12．
或
四、解答题
13．27kg；12.5kg
14．（i）59cm；（ii）10.8cm
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1.答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题
1．一辆机车的质量为m，额定功率为P，在保持额定功率不变的情况下，机车启动时的ν-t图象如图所示。
已知t1时刻的速度为v1，t2时刻的速度为v2，且t1时刻的加速度为t2时刻的加速度的2倍。
若机车所受阻力大小恒定，则下列说法正确的是
A．机车在t1~t2时间内的平均速率小于
B．机车所受的恒定阻力为
C．机车能达到的最大速度为
D．若机车以加速度a匀加速启动，则匀加速运动的时间为
2．已知氢原子的基态能量为-E1，激发态能量
，其中n＝2，3，4…，用h表示普朗克常量，c表示真空中的光速。
有一氢原子处于n＝3的激发态，在它向低能态跃迁时，可能辐射的光子的最大波长为（）
A．
B．
C．
D．
3．如图所示，边长为L的
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