届人教版实验五探究功与速度变化的关系单元测试.docx

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届人教版实验五探究功与速度变化的关系单元测试

1．（2017·湖南四校联考）某实验小组要探究力对物体做的功与物体获得的速度的关系，选取的实验装置如图所示。

（1）实验时，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，打开打点计时器，轻推小车，最终得到如图甲所示的纸带，这样做的目的是________________________________________________________________________。

（2）在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀分布的，为了计算小车获得的速度，应选用图乙纸带的________（填“A～F”或“F～I”）部分。

（3）小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出，沿木板滑行，当小车的速度最大时，橡皮筋对小车做的功为W。

再用完全相同的2条、3条、…、n条橡皮筋作用于小车上，每次在________（填“相同”或“不相同”）的位置由静止释放小车，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、…、nW。

（4）分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、…、vn，作出Wv图象。

则下列符合实际的图象是________（填字母序号）。

答案　

（1）平衡摩擦力　

（2）F～I　（3）相同　（4）D

解析　

（1）纸带上打出的点迹均匀，说明小车做匀速直线运动，这样做的目的是平衡摩擦力。

（2）纸带在橡皮筋的拉力作用下做加速运动，橡皮筋做功完毕后，小车的速度达到最大，之后做匀速直线运动，因此匀速直线运动时的速度即为该过程中小车的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带上点迹均匀分布的部分测量，即F～I。

（3）橡皮筋的拉力为变力，采用倍增法增加功，使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，当小车的速度最大时，橡皮筋对小车做的功为W；再用完全相同的2条、3条、…、n条橡皮筋作用于小车上，每次由静止释放小车时橡皮筋的伸长量都相同，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、…、nW，所以每次应在相同的位置由静止释放小车。

（4）功与速度的平方相对应，所以图象应为D。

2．（2017·北京高考）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。

图1

（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

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B．计时器打点

（3）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。

图2

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＝________。

（4）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v2–W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________。

图3

（5）假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v2–W关系的是________。

答案　

（1）B　

（2）A　B　（3）mgx2　

　（4）v2＝4.7W（4.5W～5.0W均认为正确）　质量　（5）A

解析　

（1）打点计时器使用交变电流，故应选B。

（2）平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右端，使小车的重力的分力与摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到平衡要求。

（3）由做功公式知：

W＝mgx2；利用匀变速直线运动中间时刻的速度等于这段时间内的平均速度知，B点速度等于AC段的平均速度，即vB＝

。

（4）根据图线，关系式写为v2＝kW＋b，在直线上取两点，如（1.4×10－2,0.07）（8×10－2,0.38），代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v2＝4.7W。

把功的单位用基本单位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为kg－1，故与图线斜率有关的物理量应是质量。

（5）若重物质量m不满足远小于小车质量M，则绳子对小车的拉力F实际不等于重物的重力，

由mg＝（M＋m）a和F＝Ma

知F＝

mg，

由动能定理得：

Fx＝

Mv2－0即

mgx＝

Mv2，

而W＝mgx，代入整理可得v2＝

W，

则实际v2W图线的斜率k＝

不变，所以v2W图线是一条过原点的直线，选项A正确。

3．（2014·天津高考）某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，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，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。

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迹清晰

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决方法：

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（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．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力

答案　

（1）刻度尺、天平（包括砝码）　

（2）D

（3）可在小车上加适量的砝码（或钩码）　（4）CD

解析　

（1）实验要通过纸带测速度，需要刻度尺，要分析动能的变化，必须要测出小车的质量，因此还需要天平。

（2）实验中调节定滑轮的高度，使细绳与木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力，如果不平行，细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改变了摩擦力就不能使细绳拉力等于小车所受的合力，D正确。

（3）在所挂钩码个数不变的情况下，要减小小车运动的加速度，可以增大小车的质量，即可在小车上加适量的砝码（或钩码）。

（4）如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，发现拉力做的功总比小车动能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉，因此拉力做功一部分用来增大小车动能，一部分用来克服阻力做功；也可能是钩码做加速运动，因此细绳的拉力小于钩码的重力，钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功，即大于小车动能的增量，C、D正确。

4．（2017·深圳模拟）某同学用如图1所示装置来探究“功与速度变化关系”，得到一条如图2所示的纸带，O点为第一个点，并在纸带清晰段依次标记了A、B、C三个点，用毫米刻度尺测得各点到O点的距离如图，重物质量m＝1.00kg。

（1）电火花打点计时器应选择以下哪种电源________。

A．4～6V、50Hz交流电源

B．220V、50Hz交流电源

（2）从O点到B点，重物的重力做功WG＝________J，动能的增加量ΔEk＝________J。

（g取10m/s2，结果均保留三位有效数字）

答案　

（1）B　

（2）7.78　7.59

解析　

（1）电火花打点计时器使用220V、50Hz的交流电源，B正确。

（2）从O点到B点，重物的重力做功

WG＝mgh＝1.00×10×0.7776J≈7.78J

B点的速度

vB＝

＝

m/s＝3.895m/s，

B点的动能EkB＝

mv

≈7.59J

动能的增加量ΔEk＝EkB－0＝7.59J。

5．某实验小组利用图示装置进行“探究功与速度变化关系”的实验，实验步骤如下：

A．挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；

B．打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；

C．重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤。

回答下列问题：

（1）按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？

________（填“是”或“否”）。

（2）若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有________。

A．悬挂钩码的总质量m

B．长木板的倾角θ

C．两传感器间的距离l

D．小车的质量M

（3）根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为：

__________________________________________________________________________________________。

（重力加速度为g）

答案　

（1）否　

（2）ACD　（3）mgl＝

M（v

－v

）

解析　小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态，撤去钩码后小车的合外力大小等于钩码的重力大小，所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响。

需要测量的物理量有A、C、D。

在撤去钩码后小车受合外力大小等于钩码重力mg。

由动能定理可得mgl＝

Mv

－

Mv

＝

M（v

－v

）。

6．（2017·温州模拟）如图甲所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。

当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W。

当用2条、3条…橡皮筋重复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W…

（1）图甲中电火花计时器的工作电压是________V的交流电。

（2）实验室提供的器材如下：

长木板、小车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、电源等，还缺少的测量工具是________。

（3）图甲中小车上有一固定小立柱，如图乙中给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，你认为最合理的套接方式是________。

（4）在正确操作的情况下，某次实验所打的纸带如图丙所示。

打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的________________________________________________________________________部分进行测量（根据纸带中字母回答），小车获得的速度是________m/s（结果保留两位有效数字）。

答案　

（1）220　

（2）刻度尺　（3）A　（4）GJ　0.65

解析　

（1）电火花计时器的工作电压是220V的交流电。

（2）处理实验数据时需要测量两计数点间的距离，因此还需要的器材是刻度尺。

（3）橡皮筋最合理的套接方式是A，以A的方式套接释放小车后，橡皮筋不会影响小车的运动。

（4）由图丙的纸带可知，GJ部分每两点间的距离相等，小车做匀速直线运动，因此应选用纸带的GJ部分；小车获得的速度v＝

＝

＝0.65m/s。