探究功与速度变化的关系一《每日一题》学年高一物理人教必修2.docx

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探究功与速度变化的关系一《每日一题》学年高一物理人教必修2

4月2日探究功与速度变化的关系

（一）

高考频度：

★★★★☆

难易程度：

★★★☆☆

做“探究功和速度变化的关系”实验时，有如图所示的甲、乙两套实验装置，请回答下列问题。

（1）两种实验装置都必须满足的操作是_________；

A．都需要平衡摩擦力

B．小车的质量必须足够大，甲图中小车的质量要远大于橡皮筋的质量，乙图中小车的质量要远大于钩码的质量

C．木板必须是光滑的

D．所用的打点计时器都必须使用交流电源

（2）用甲图实验装置打的纸带如丙图所示，其中AG段小车做加速运动，GK段小车做匀速运动，那么应该用_________（填“AG”或“GK”）段来计算小车的速度。

（3）用乙图实验装置打一条纸带如丁图所示。

某同学想利用BE段验证动能定理，测出纸带上AC间的距离

，DF间的距离

，BE间的距离

。

那么，该同学还应该用________（填实验器材的名称）测出_______、________。

已知打点计时器的打点频率为f，从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功是__________，小车动能的增量是_______.（用题中和图中的物理量符号表示）

【参考答案】

（1）AD

（2）GK（3）天平小车质量M钩码的总质量mmgs

【试题解析】

（1）A．小车下滑时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，都需要采取平衡摩擦力的措施，实验中将木板左端适当垫高，故A正确；B．乙图中小车的质量远大于钩码的质量时，钩码的重力近似等于小车受到的拉力；甲图中小车受到的拉力等于橡皮筋的拉力，不需要小车的质量要远大于橡皮筋的质量，故B错误；C．本实验需要采取平衡摩擦力的措施，所用木板不一定是光滑的，故C错误；D．根据打点计时器的工作原理，都必须使用交流电源，故D正确。

故选AD。

（2）要测量最大速度，应该选用点迹恒定的部分，故应选“GK”段。

（3）要验证动能定理，需要看拉力（钩码的重力）做的功是否等于小车动能的增量。

所用需要用天平测量小车的质量和钩码的总质量。

合力对小车做的功即钩码重力做的功为mgs。

打B点时的速度为

s1f，打E点时的速度为

s2f，小车动能的增量是

。

【名师点睛】明确实验原理以及实验目的即可了解具体的实验操作；纸带上点距均匀时，表示小车已经做匀速直线运动，据此可求出小车做匀速运动时的速度大小，即为最终小车获得的速度大小。

【知识补给】

探究功与速度变化关系实验

一、实验目的

1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。

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。

二、实验原理

1．一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W。

2．两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为2W。

3．三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W。

4．利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，即可求出v－W关系。

三、实验器材

橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等。

四、实验步骤

1．用一条橡皮筋拉小车——做功W。

2．用两条橡皮筋拉小车——做功2W。

3．用三条橡皮筋拉小车——做功3W。

4．测出每次小车获得的速度。

5．分别用各次实验测得的v和W绘出W－v、W－v2，W－v3、W－

关系图。

五、数据处理

先对数据进行估计，或者作出W－v草图，大致判断两个量可能是什么关系。

若为

，则可以对每一个速度值算出它的二次方，然后以W为纵轴，v2为横轴作图，如果作出的图象为一条直线，在说明

成立。

六、误差分析

1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不同，使橡皮筋的拉力做的功W与橡皮筋的条数不成正比。

2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。

3．利用纸带上的点计算小车的速度时，测量不准确带来的误差。

七、注意事项

1．将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。

方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角。

2．测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分。

3．橡皮筋应选规格一样的。

力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。

4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。

在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某小组采用如图甲所示的装置。

（1）关于此次实验下面说法合理的是________。

A．实验中若采取垫高木板一端作为平衡摩擦力的方法，改变小车质量重新做实验时必须重新平衡摩擦

B．实验中要调节滑轮的高低，使滑轮和小车之间的细线保持水平

C．若使用沙桶和沙的总重力作为计算做功的恒力，用小车、沙桶和沙的总质量作为计算动能改变中的质量，实验中沙桶和沙的总质量必须远小于小车的质量

D．若在小车前端加装力传感器，用传感器的示数作为做功的恒力，实验中沙桶和沙的总质量可以不必远小于小车的质量

（2）某同学实验时测出了小车位移x，算出了与之对应的速度v，作出了

图象如图乙所示，已知图线的斜率为k，则小车运动的加速度表达式为____________。

某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如图，图中小车是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记为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。

每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。

（1）除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、交流电源和________。

（2）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外力对小车做的功

D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动

（3）若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是________。

A．橡皮筋处于原长状态B．橡皮筋仍处于伸长状态

C．小车在两个铁钉的连线处D．小车已过两个铁钉的连线

（4）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条……，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条橡皮筋对小车做的功记为W，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W，……；橡皮筋对小车做功后而获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。

根据第4次实验的纸带（如图所示，图中的点皆为计时点）求得小车获得的速度为______________m/s（保留三位有效数字）。

（5）若根据多次测量数据画出的W－v图象如图所示，根据图线形状可知，对W与v的关系作出猜想肯定不正确的是_______。

A．

      B．

 C．

 D．

用如图所示装置做“验证动能定理”的实验。

实验中，小车碰到制动挡板时，钩码尚未到达地面。

（1）为了使细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是__________（选填选项前的字母）。

A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

C．调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行

D．所加钩码的质量尽量大一些

（2）如图是某次实验中打出纸带的一部分。

、

、

、

为

个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有

个打出的点没有画出，所用交流电源的频率为

。

通过测量，可知打点计时器打

点时小车的速度大小为__________

。

（3）甲同学经过认真、规范地操作，得到一条点迹清晰的纸带。

他把小车开始运动时打下的点记为

，再依次在纸带上取等时间间隔的

、

、

、

、

、

等多个计数点，可获得各计数点到

的距离s及打下各计数点时小车的瞬时速度

。

如图是根据这些实验数据绘出的

图象。

已知此次实验中钩码的总质量为0.015kg，小车中砝码的总质量为0.100kg，取重力加速度

，则由图象可知小车的质量为__________

。

（结果保留三位有效数字）

（4）在钩码质量远小于小车质量的情况下，乙同学认为小车所受拉力大小等于钩码所受重力大小。

但经多次实验他发现拉力做的功总是要比小车动能变化量小一些，造成这一情况的原因可能是__________________________________________________。

（5）假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力的影响，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，图中正确反映

关系的是____________。

某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理，气垫导轨对滑块的阻力可忽略不计：

（1）将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x＝________cm；

（2）若滑块、挡光条和拉力传感器的总质量为M，挡光条的宽度为d，挡光条通过光电门1和2所用的时间分别为Δt1和Δt2，滑块在两光电门间动能的变化量的表达式为_____________________________________。

（3）对于该实验装置，你认为以下操作和要求一定要完成的是____________。

A．需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量

B．通过滑轮拉滑块的细绳在运动过程中必须保持与导轨平行

C．用天平测出砝码盘和砝码的质量m

D．气垫导轨左端应垫高以平衡摩擦力

为了探究合力做功与物体动能变化的关系，某实验小组设计了如下实验方案：

木板左端固定着一个挡板，一根轻质弹簧左端可以拴在挡板上，右端可以拴住一个滑块，滑块右端拴着一根细线，细线跨过木板右端的定滑轮，拴着一个重锤，重锤右侧有一个遮光片，当弹簧的长度为原长时，遮光片恰好处于光电门A处，光电门A和B分别连接计时器（图中未画出）。

已知弹性势能的表达式为Ep＝

k（Δx）2，忽略滑轮摩擦及空气阻力。

实验步骤如下：

（1）简述平衡摩擦力的方法：

___________________________________________。

（2）在挡板和滑块间连接好弹簧，保持木板倾角不变，将弹簧分别拉长Δx、2Δx、3Δx、4Δx、…后，从静止释放滑块，分别记下遮光片通过光电门A的时间t1、t2、t3、t4、…。

若将前3次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W1、W2、W3，则W1∶W2∶W3＝________；

（3）若以W为纵坐标、

为横坐标作图，则得到的图象近似是________（填“一条直线”或“一条曲线”）。

（4）实验中，________（填“必须”或“可以不”）测量遮光片的宽度。

________（填“必须”或“可以不”）测量滑块和重锤的质量。

【参考答案】

（1）D

（2）

（1）设小车的质量为M，此时木板与水平面的夹角为

，当平衡摩擦力时重力沿斜面向下的分力等于滑动摩擦力，即

，改变小车的质量M后，等式依然成立，故不需要重新平衡摩擦力，故A错误；调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故B错误；沙桶和沙减少的重力势能等于小车、沙桶和沙增加的动能之和，故实验中不需要沙桶和沙的总质量必须远小于小车的质量，故C错误；在实验中可以用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，故D正确；

（2）根据速度位移公式得：

，解得：

，则斜率k=2a，解得：

。

（1）刻度尺

（2）CD（3）B（4）2.00（5）AB

（1）因为需要测量纸带上两点之间的距离以便求出小车的速度，所以应