高考物理一轮重要考点练习卷实验探究功与速度变化的关系 8页

实验：探究功与速度变化的关系 ‎1．（2019·四川省资阳高一下学期期末考试）为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”，查资料得知：“弹簧的弹性势能，其中k是弹簧的劲度系数，x是弹簧的形变量”。某同学用压缩的弹簧推静止的小球（已知质量为m）运动来探究这一问题。为了研究方便，把小铁球O放在水平桌面上做实验，让小铁球O在弹力作用下运动，即只有弹簧推力做功。该同学设计实验如下：‎ ‎（1）如图甲所示，将轻质弹簧竖直挂起来，在弹簧的另一端挂上小铁球O，静止时测得弹簧的形变量为d。在此步骤中，目的是要确定______，用m、d、g表示为______。‎ ‎（2）如图乙所示，将这根弹簧水平放在光滑桌面上，一端固定在竖直墙面，另一端与小铁球接触（不连接），用力推小铁球压缩弹簧；小铁球静止时测得弹簧压缩量为x，撤去外力后，小铁球被弹簧推出去，从水平桌面边沿抛出落到水平地面上．‎ ‎（3）测得水平桌面离地高为h，小铁球落地点离桌面边沿的水平距离为L，则小铁球被弹簧弹出的过程中初动能Ek1＝______，末动能Ek2＝______（用m、h、L、g表示）；弹簧对小铁球做的功W＝______（用m、x、d、g表示）。对比W和（Ek2－Ek1）就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系”，即：“在实验误差范围内，外力所做的功等于物体动能的变化”。学；科网 ‎2．某同学用图甲所示的器材做“探究功与速度变化的关系”的实验。如图甲所示，小车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计为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，小车速度可由速度传感器测出，并经电脑处理后得出如图乙所示的一一对应的v–t图象，由图象可以读出每次实验时小车获得的最大速度并记入表中。‎ 次数 做功 速度（m·s–1）‎ 速度平方（m2·s–2）‎ ‎1‎ W ‎1.00‎ ‎1.00‎ ‎2‎ ‎2W ‎1.41‎ ‎1.99‎ ‎3‎ ‎3W ‎1.73‎ ‎2.99‎ ‎4‎ ‎4W X ‎5‎ ‎5W ‎2.24‎ ‎5.02‎ ‎（1）表中“X”处的数值应该是________。‎ ‎（2）从表格中可以得出，合力的功W与速度v的关系是________。‎ ‎（3）在作图象时，由于实际操作过程中木板的倾角调整不当，造成实际图线与理想图线（虚线）存在差异，则作出的图象可能是________。‎ A B C D ‎3．（2019·安徽省蚌埠市第二中学高二上学期开学考试）某同学做“探究合力做功与物体速度变化量的关系”的实验装置如图所示，小车在橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行。用1条橡皮筋时弹力对小车做的功记为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，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。回答下列问题：‎ ‎（1）本实验中，要调节小木块a的位置，目的是________。‎ ‎（2）用完全相同的橡皮筋的目的是________，每次实验________（填“必须”或“不必”）计算出橡皮筋对小车做功的具体数值。‎ ‎（3）为了测量小车获得的速度，应选用纸带上所打的点间距_____（填“相等”或“不相等”）的一段。‎ ‎4．某中学实验小组采用如图1所示的装置探究功与速度的关系，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50 Hz。‎ ‎（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外力对小车做的功 D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀加速运动 ‎（2）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2所示）求得小车获得的速度为_______m/s（结果保留三位有效数字）。 ‎ ‎（3）画出的W–v图象如图3所示，根据图线形状可知，下列猜想肯定不正确的是________。 ‎ A． B．‎ C． D．‎ ‎5．（2019·陕西省咸阳市高一下学期期末教学质量检测）用图甲所示装置探究做功与物体速度变化的关系，A、B是固定在长直木板上的两个铁钉。实验时，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行，通过改变橡皮筋的条数改变做功的多少，再根据纸带上的打点确定小车对应运动的速度，进而探究做功与物体速度变化的关系。‎ ‎（1）关于该实验的下列说法中，正确的有__________。‎ A．需要测出小车的质量m B．需要选择相同的橡皮筋进行实验 C．需要测出每根橡皮筋对小车所做的功W D．改变橡皮筋条数时小车必须从同一位置由静止释放 ‎（2）实验中得到一条纸带如图乙所示，1、2、3......是按时间先后顺序标出的计数点（每两个相邻计数点间还有 ‎4个打点未画出，打点计时器的电源频率为50 Hz）。小车质量为1.0 kg，在打第5个计数点时小车的动能约为________J（保留两位有效数字）；造成5至9各计数点间距不相等的原因可能是_____________。‎ ‎（3）该小组用新、旧两组橡皮筋分别做实验，正确实验操作得到橡皮筋的条数n与小车对应速度v的多组数据，作出v²–n的图象如图丙中的C、D所示，则用新橡皮筋得出的图象是_______（选填“C”或“D”）。‎ ‎6．某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。实验主要步骤如下：‎ ‎①使小物块在1条橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；‎ ‎②在钉子上分别套2条、3条、4条……相同橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，重复步骤①，小物块落点分别记为M2、M3、M4……；‎ ‎③测量相关数据，进行数据处理。‎ ‎（1）为求出小物块抛出时的速度，需要测量下列物理量中的__________（填正确答案标号）。‎ A．小物块的质量m B．橡皮筋的原长x C．橡皮筋的伸长量Δx D．桌面到地面的高度h E．小物块抛出点到落地点的水平距离L ‎（2）将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W1、W2、W3……，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3……。若功与速度的平方成正比，则应以W为纵坐标、以_______为横坐标作图，才能得到一条直线。‎ ‎（3）小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，由此引起的误差属于_________（填“偶然”或“系统”）误差。‎ ‎7．（2019·黑龙江省双鸭山市第一中学高一下学期期末考试）为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案：‎ A．第一步他把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤夹后连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动，如图甲所示。‎ B．第二步保持木板的倾角不变，将打点计时器安装在木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使之从静止开始加速运动，打出纸带，如图乙所示。打出的纸带如图丙所示：‎ 试回答下列问题：‎ ‎（1）已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点的时间间隔为Δt，根据纸带求滑块速度，当打点计时器打A点时滑块速度=_______，打点计时器打B点时滑块速度=____________。‎ ‎（2）已知重锤质量m，当地的重力加速度g，要测出某一过程合外力对滑块做的功，还必须测出这一过程滑块_____________（写出物理量名称及符号），合外力对滑块做功的表达式=____________。‎ ‎（3）测出滑块运动OA段、OB段、OC段、OD段、OE段合外力对滑块所做的功以及。以v2‎ 为纵轴，以W为横轴建立坐标系，描点作出v2–W图象，可知它是一条过坐标原点的倾斜直线，若直线斜率为k，则滑块质量M=____________。学科、网 ‎8．某实验小组利用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系，他们将宽度为d的挡光片固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连，在水平桌面上的A、B两点各安装一个光电门，记录小车通过A、B时的遮光时间，小车中可以放置砝码，砝码对光电门无影响。实验主要步骤如下：‎ ‎①用游标卡尺测量挡光片的宽度d。‎ ‎②将木板略微倾斜以平衡摩擦力，使细线拉力做的功等于合力对小车做的功；‎ ‎③将小车停在C点，在砝码盘中放上砝码，小车在细线拉动下运动，记录此时小车、小车中砝码和挡光片的质量之和为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，小车通过A、B时的遮光时间分别为t1、t2；‎ ‎④在小车中增减砝码或在砝码盘中增减砝码，重复②的操作。‎ ‎（1）下表是他们测得的多组数据，其中|–|是两个速度的平方差，F为砝码盘及盘中砝码的总重力，W是F在A、B间做的功。表格中W3=_________。（结果保留三位有效数字）‎ 次数 M（kg）‎ ‎|–|（m2·s–2）‎ F（N）‎ W（J）‎ ‎1‎ ‎1.000‎ ‎0.380‎ ‎0.400‎ ‎0.200‎ ‎2‎ ‎1.000‎ ‎0.826‎ ‎0.840‎ ‎0.420‎ ‎3‎ ‎1.000‎ ‎0.996‎ ‎1.010‎ W3‎ ‎4‎ ‎2.000‎ ‎1.20‎ ‎2.420‎ ‎1.21‎ ‎5‎ ‎2.000‎ ‎1.42‎ ‎2.860‎ ‎1.43‎ ‎（2）若在本实验中没有平衡摩擦力，假设小车与水平长木板之间的动摩擦因数为μ。利用上面的实验器材完成如下操作：保证小车质量不变（未知），改变砝码盘中砝码的数量（取绳上拉力近似为砝码盘及盘中砝码的总重力），测得多组m、t1、t2的数据，并得到m与的关系图象，如图乙所示。已知图象在纵轴上的截距为b，直线PQ的斜率为k，A、B两点的距离为s，挡光片的宽度为d，则μ=_______；图线发生弯曲的原因是_____________________________。‎ ‎9．（2019·福建省南平市高一下学期期末质量检测）某实验小小组应用如图所示装置探究“恒力做功和物体动能变化间的关系”已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，实验步骤如下：‎ ‎①按图示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；‎ ‎②调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；‎ ‎③挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，读出弹簧测力计的示数。同时，打出一条纸带，由纸带求出小车在相应位置的速度；‎ ‎④改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤③，求得小车在不同合力作用下在相应位置的速度，并读出相应的弹簧测力计读数。‎ 根据以上实验过程，回答以下问题：‎ ‎（1）对于上述实验，下列说法正确的是_____________‎ A．实验过程中砝码和砝码盘处于超重状态 B．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行 C．弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半 D．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量 ‎（2）如图所示是实验中得到的一条纸带，其中小A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为t，相应计数点间的距离已在图中标出，测出小车的质量为M。弹簧测力计的读数为F，在打B点时小车的速度大小为_________；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）‎ ‎10．如图所示的实验装置，可以用来验证动能定理和探究力和加速度的关系两个实验，其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）‎ ‎（1）对这两个实验，下列说法正确的是______________。‎ A．都要用天平测出砂和砂桶的质量 B．为了让小车受到的合力等于绳的拉力，都要将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力 C．都要让小车靠近打点计时器，先接通电源再释放小车，打纸带的同时记录弹簧测力计的示数 D．为减小误差，实验中要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M ‎（2）改变砂和砂桶的质量，以弹簧测力计的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a–F图象是一条直线，求得图线的斜率为k，则小车的质量为____________。学科，网 ‎（3）实验中正确操作打出的一条纸带如图所示，测出各计数点到0点的距离x，计算出打各计数点时小车的速度v，若要便于验证动能定理，应作________（填“x–v”、“x–v2”或“x–v3”）图象。‎ ‎11．为了探究功与物体速度变化的关系，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器获取其初速度v，并测量出不同初速度的最大滑行距离x，得到下表所示几组数据：‎ ‎（1）一同学根据表中数据，作出x–v图象如图甲所示。观察该图象，该同学作出如下推理：根据x–v图象大致是一条抛物线，可以猜想，x可能与v2成正比。请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想____________。‎ ‎（2）根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2的关系是________。‎ ‎12．某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：‎ A．挂上细线和钩码，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由静止下滑，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．重新挂上细线和钩码，改变钩码的个数，重复步骤AB。‎ 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_______（填“有”或“无”）影响。‎ ‎（2）若要验证动能定理，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，验证动能定理的表达式为____________________（重力加速度为g）。‎ ‎13．如图所示是某同学探究动能定理的实验装置。已知重力加速度为g，不计滑轮摩擦阻力，该同学的实验步骤如下：‎ a．将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，长木板旁放置两个光电门A和B，砂桶通过滑轮与小车相连。‎ b．调整长木板倾角，使得小车恰好能在细绳的拉力作用下匀速下滑，测得砂和砂桶的总质量为m。‎ c．某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动。‎ d．测得挡光片通过光电门A的时间为Δt1，通过光电门B的时间为Δt2，挡光片宽度为d，小车质量为M，两个光电门A和B之间的距离为L。‎ e．依据以上数据探究动能定理。‎ ‎（1）根据以上步骤，你认为以下关于实验过程的表述正确的是________。‎ A．实验时，先剪断细绳，后接通光电门 B．实验时，小车加速运动的合外力为F=Mg C．实验过程不需要测出斜面的倾角 D．实验时，应满足砂和砂桶的总质量m远小于小车质量M ‎（2）小车经过光电门A、B的瞬时速度为vB=________、vA=________。如果关系式___________在误差允许范围内成立，就验证了动能定理。‎ ‎14．某实验小组做“探究动能定理”实验，装置如图甲所示。探究对象是铝块（质量小于砂桶），保持其质量m不变，通过在砂桶中加砂来改变对铝块的拉力，由力传感器可测得拉力的大小F。已知当地重力加速度为g，电源频率为f。‎ ‎（1）若把力传感器装在右侧轻绳上则实验的误差会更________（填“大”或“小”）。‎ ‎（2）实验时，让砂桶从高处由静止开始下落，在纸带打出一系列的点，如图乙所示，其中0是打下的第一个点，取纸带上0~5过程进行研究，铝块动能的增加量ΔEk=_______________，外力做的功W=_______________。‎ ‎（3）为了更普遍地反应铝块运动过程中功与动能增加量的关系，某同学选取0点到不同计数点过程，作出ΔEk–W图象如图丙所示，他根据_____________________，才得到结论：外力做的功等于动能的增加量。‎ ‎（4）为了提高实验效果，提出一条合理的建议：___________________________。‎ ‎15．（2019·江西师范大学附属中学高三最后一卷理科综合）（1）在实验室中用游标卡尺测量一物体长度的读数是________cm，螺旋测微仪测量金属丝的直径时，由图可知金属丝的直径是________mm。‎ ‎（2）某同学利用如图甲所示的装置验证动能定理。固定并调整斜槽，使它的末端O 点的切线水平，在水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸。将小球从斜槽上不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球平抛的水平位移x，改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：‎ 高度H（h为单位长度）‎ h ‎2h ‎3h ‎4h ‎5h ‎6h ‎7h ‎8h ‎9h 水平位移x（cm）‎ ‎5.5‎ ‎9.1‎ ‎11.7‎ ‎14.2‎ ‎15.9‎ ‎17.6‎ ‎19.0‎ ‎20.6‎ ‎21.7‎ ‎①斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，斜槽底端离地的高度为y，不计小球与水平槽之间的摩擦。‎ ‎②以H为横坐标，以________为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图乙所示：达到了验证动能定理的目的。‎ ‎③受该实验方案的启发，另一同学改用图丙的装置实验。他将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，仍将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并测量小球击中木板时平抛下落的高度d。当他以H为横坐标，以_______为纵坐标，描点作图，使之仍为一条倾斜的直线，也达到了同样的目的。学/科网 ‎16．如图，某研究性学习小组为探究“物体的做功与动能的关系”，设计了如下实验：平直轨道B固定在水平桌面上。弹射装置A固定于轨道上，小球被劲度系数较大的压缩弹簧弹出后从轨道端点O滑出做平抛运动落到地面。已知弹簧的弹性势能的表达式Ep=，式中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。‎ ‎（1）为减小实验误差，弹射装置距离轨道端点O应该______（填“近些”或“远些”）。‎ ‎（2）实验中是否要测量桌面的高度。______（填“是”或“否”）。‎ ‎（3）改变弹簧的压缩量x，并测出对应的小球做平抛运动的水平位移s，在坐标纸中根据已描出的点作出合理的图线。‎ ‎17．为了探究做功与物体动能之间的关系，在气垫导轨上放置一带有遮光片的滑块，轻弹簧的一端与滑块相接，另一端固定在气垫导轨的一端，将一光电门P固定在气垫导轨底座上适当位置，如图所示。弹簧处于自然状态时，滑块上的遮光片刚好位于光电门的挡光位置，与光电门相连的光电计时器可记录遮光片通过光电门时的挡光时间。实验步骤如下：‎ ‎①用游标卡尺测量遮光片的宽度d；‎ ‎②在气垫导轨上适当位置标记一点A（图中未标出，A、P间距离远大于d），将滑块从A点由静止释放，由光电计时器读出滑块第一次通过光电门时遮光片的挡光时间t；‎ ‎③利用所测数据求出滑块第一次通过光电门时的速度v；‎ ‎④更换劲度系数不同而自然长度相同的弹簧重复实验步骤②③，记录弹簧劲度系数及相应的速度v。‎ 实验数据如下表所示：‎ 弹簧劲度系数 k ‎2k ‎3k ‎4k ‎5k ‎6k v/(m·s–1)‎ ‎0.71‎ ‎1.00‎ ‎1.22‎ ‎1.41‎ ‎1.58‎ ‎1.73‎ v2/(m2·s–2)‎ ‎0.50‎ ‎1.00‎ ‎1.49‎ ‎1.99‎ ‎2.49‎ ‎2.99‎ v3/(m3·s–3)‎ ‎0.36‎ ‎1.00‎ ‎1.82‎ ‎2.80‎ ‎3.94‎ ‎5.18‎ ‎（1）测量遮光片的宽度时游标卡尺读数如图所示，读得 d=________m。‎ ‎（2）用测量的物理量表示遮光片通过光电门时滑块速度的表达式v=________。‎ ‎（3）已知滑块从A点运动到光电门P处的过程中，弹簧对滑块做的功与弹簧的劲度系数成正比，根据表中数据可得出弹簧对滑块做的功W与滑块通过光电门时的速度v的关系是______________。‎ 参考答案 ‎1.（1）弹簧劲度系数k k=mg/d ‎ ‎2．（1）2.00 （2） （3）AD ‎4．（1）C （2）2.00 （3）AB ‎5．（1）BD （2）0.75 没有平衡摩擦力（或平衡摩擦力不足） （3）C ‎7．（1） （2）下滑的位移x （3）‎ ‎8．（1）0.505 （2） 绳上拉力不能近似为砝码盘及盘中砝码的总重力 ‎9．（1）B （2） Fs ‎ ‎10．（1）BC （2） （3）x–v2‎ ‎11．（1）略 （2）x∝v2‎ ‎13．（1）C （2） ‎ ‎15．（1）10.125 0.900 （2） ‎ ‎16．（1）近些 （2）否 （3）如图 ‎17．（1）0.016 2 （2） （3）‎