2020版高考物理一轮复习+实验5探究做功与物体速度变化的关系夯基提能作业本 8页

实验5　探究做功与物体速度变化的关系 ‎1.在探究“功和速度变化关系”的实验中,小张同学用如图甲所示装置,尝试通过测得细绳拉力(近似等于悬挂重物重力)做的功和小车获得的速度的值进行探究,则 甲 ‎(1)(多选)下列说法正确的是　　　　。 ‎ A.该方案需要平衡摩擦力 B.该方案需要重物的质量远小于小车的质量 C.该方案操作时细绳应该与木板平行 D.该方案处理数据时应选择匀速时的速度 ‎(2)图乙为B两位同学穿纸带方法,你认为　　　　的正确。 ‎ ‎(3)某次获得的纸带如图丙所示,小张根据点迹标上了计数点,请读出C计数点在刻度尺上的读数　　　　cm,并求出C点对应小车的速度为　　　　m/s(计算结果保留3位有效数字)。 ‎ 丙 答案　(1)ABC　(2)B　(3)9.82(9.80~9.85范围都可)　0.176(0.175~0.180范围都可)‎ 解析　(1)实验时小车受到的合力等于重物的拉力,因此该方案需要平衡摩擦力,故A正确;只有当重物质量远小于小车质量时,小车所受到的拉力近似等于重物的重力,否则实验误差将很大,因此该方案需要重物的质量远小于小车的质量,故B正确;小车受到的拉力等于重物的重力,该方案操作时细绳应该与木板平行,故C正确;在该实验方案中小车做匀加速直线运动,该方案处理数据时应求出某计数点的瞬时速度与小车对应于该点的位移,故D错误;故选A、B、C。‎ ‎(2)复写纸应套在定位轴上,并要压在纸带的上面,所以应选B。‎ ‎(3)由图示刻度尺可知,其分度值为1 mm,C点处刻度尺示数为9.82 cm;做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度,则C点的速度:‎ vC=BD‎2T=‎0.1170-0.0818‎‎2×5×0.02‎ m/s=0.176 m/s。‎ ‎2.(1)(多选)在用如图所示装置做“探究功与速度关系”的实验,下列说法正确的是　　　　。 ‎ A.为了平衡摩擦力,实验中可以将长木板的左端适当垫高,使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动 B.为简便起见,每次实验中橡皮筋的规格要相同,拉伸的长度要一样 C.可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值 D.可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值 E.实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源 F.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 G.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 ‎(2)(多选)在用如图所示装置做“探究功与速度变化关系”的实验时,除了图中已给出的实验器材外,还需要的器材有　　　　。 ‎ A.交流电源　　B.天平　　C.停表　　D.刻度尺 ‎(3)实验中要求通过调整长木板的倾角来平衡小车受到的阻力,下列能判断摩擦力已被平衡的方法是　　　　。 ‎ A.释放小车后,小车能够下滑 B.轻推一下小车,小车能够匀速下滑 C.释放小车后,拖着纸带的小车能够下滑 D.轻推一下小车,拖着纸带的小车能够匀速下滑 答案　(1)ABCF　(2)AD　(3)D 解析　(1)小车在水平面运动时,由于受到摩擦阻力,所以小车速度在变化,故适当垫高木板以平衡摩擦力,使小车获得的动能完全来自于橡皮筋做的功,故选项A正确;实验中每根橡皮筋做功均是一样的,所以所用橡皮筋必须相同,且伸长的长度也相同,故选项B正确;每次实验时橡皮筋伸长的长度都要一致,若一根做功记为W,则两根做功为2 W,故选项C正确;实验中通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值,‎ 故D错误;只要使用打点计时器的实验,都是先接通电源后释放纸带,故E错误;利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点均匀部分进行计算,表示小车最终的速度即最大速度,故F正确,G错误。‎ ‎(2)打点计时器需要使用交流电源,因此还需要的实验器材是交流电源,计算最大速度时要测出相邻两点间的距离,故还需要刻度尺。‎ ‎(3)释放小车后,小车若加速运动,则表示平衡摩擦力过度,故A错误;平衡摩擦力时要让小车拖着纸带匀速运动,故B错误;若释放小车后,拖着纸带的小车做变速运动,则不能说明已经平衡摩擦力,故C错误;判断摩擦力已被平衡的正确方法是:轻推一下小车,小车能够拖着纸带匀速运动,故D正确。‎ ‎3.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,以此定量探究细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　　　　。 ‎ 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办法:　　　　　　　　　　　　。 ‎ ‎④(多选)他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做的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　　　　。 ‎ 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)　②D　③可在小车上加适量的砝码(或钩码)　④CD 解析　①计算小车的动能变化需要用天平测质量;在计算小车通过的位移、小车的瞬时速度时都需要用刻度尺测距离。②只有细绳与木板平行时,才能保证小车运动过程中与木板间的压力不变,才能保证小车所受摩擦力不变,即保证平衡摩擦力后绳的拉力等于小车所受合力,故D正确。③要增加纸带上所打下点的数目,只有减小小车运动的加速度,在所挂钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量,即在小车上增加砝码或钩码。④当将钩码重力作为小车所受合力时,需满足几个条件:一是摩擦力被平衡,二是绳与木板平行,此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力,但车加速运动时钩码加速下降,钩码重力大于绳上拉力,则只有当钩码质量远小于小车质量时二者才近似相等,故此情况可能是由C、D原因造成的。‎ 甲 ‎4.(1)小方同学采用了如图甲所示的实验方案“探究功与速度变化的关系”。(说明:实验中橡皮筋型号相同)‎ ‎①关于橡皮筋做功,下列说法正确的是 。 ‎ A.橡皮筋做功的具体值可以直接测量 B.橡皮筋在小车运动的全程中始终做功 C.通过增加橡皮筋的条数从而增加橡皮筋对小车做的功 D.若橡皮筋伸长量变为原来的2倍,则橡皮筋做功也增加为原来的2倍 ‎②在正确操作情况下打在纸带上的点如下图所示,点与点之间的时间间隔为0.02 s,由图可知,D点距O点的距离为 cm,请求出此次橡皮筋做功后小车最终获得的速度为　　　　m/s(结果保留3位有效数字)。 ‎ ‎(2)小金同学采用如图乙所示的实验方案“探究加速度与力、质量的关系”。‎ 乙 ‎①除打点计时器、学生电源、导线、复写纸、纸带、小车、沙桶和细沙、刻度尺外,你认为还需要的实验器材有 。 ‎ ‎②小车在运动过程中会受到摩擦力的作用,实验中,可以使导轨适当倾斜来平衡小车受到的摩擦力,则为了判断是否已经平衡摩擦力,下面操作正确的是 。 ‎ A.将小车轻放在导轨上,放开小车后,小车能够沿木板下滑 B.将小车轻放在木板上,然后轻推小车,小车能够沿导轨匀速下滑 C.将连好纸带的小车靠近打点计时器放置,放手后小车能够沿木板下滑 D.将连好纸带的小车靠近打点计时器放置,然后轻推小车,小车能够沿木板匀速下滑 答案　(1)①C　②4.10　1.10±0.02 　(2)①天平　②D 解析　(1)①橡皮筋的拉力是一个变力,我们无法用W=Fx进行计算,故A错误;小车在橡皮筋的拉力作用下先加速运动,当橡皮筋恢复原长时,小车由于惯性继续前进,做匀速运动,橡皮筋在小车运动的全程中并非始终做功,选项B错误;橡皮筋伸长量按倍数增加时,功并不简单地按倍数增加,因此我们要设法回避求变力做功的具体数值,通过把用一根橡皮筋做的功记为W,用两根橡皮筋做的功记为2W,用三根橡皮筋做的功记为3W……,从而回避了直接求变力做功的困难,故C正确。橡皮筋的拉力是一个变力,我们无法用W=Fx进行计算,橡皮筋伸长量变为原来的2倍,橡皮筋做功比原来的两倍要大,故D错误。故选C。‎ ‎②小车匀速直线运动的速度v=xt=xFI‎3T=‎14.50-7.90‎‎3×0.02‎×10-2 m/s=1.10 m/s。‎ ‎(2)①在“探究加速度与x、质量的关系”实验中,需要知道沙桶(含细沙)与小车的质量,因此还需要天平;②平衡摩擦力时,将连好纸带的小车靠近打点计时器放置,放手后轻推小车,小车能够沿木板匀速下滑,说明摩擦力得到平衡,故A、B、C错误,D正确。‎ ‎5.某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图1所示,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的,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(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根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算。‎ 图2‎ ‎(1)除了图1中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和　　　　(填“交流”或“直流”)电源。 ‎ ‎(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力,则下面操作正确的是　　　　。 ‎ A.放开小车,能够自由下滑即可 B.放开小车,能够匀速下滑即可 C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可 D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可 ‎(3)在操作正确的情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用图2纸带的　　　　(填“A~G”或“G~J”)部分进行测量。 ‎ ‎(4)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。试在图3中作出相应的关系图像。从图像可以得出的实验结论是　　　　。 ‎ 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 图3‎ 答案　(1)交流　(2)D　(3)G~J　(4)见解析 解析　(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和交流电源。‎ ‎(2)平衡摩擦力时,不系橡皮筋,轻推拖着纸带的小车,如果小车能够匀速下滑,则恰好平衡摩擦力,故D正确,选D。‎ ‎(3)为了测量小车获得的速度,应选用纸带上点迹均匀的部分来计算速度,即用纸带的“G~J”部分进行测量。‎ ‎(4)根据实验数据,作出相应关系图像如图;从图像可以得出的实验结论是:W∝v2。‎ ‎6.在“探究功与速度变化的关系”实验中,某实验小组采用如图甲所示的装置进行实验:‎ ‎(1)实验小组按正确的操作,将木板一端倾斜来平衡摩擦力,打出如图乙所示三条纸带,其中符合实验要求的是(选填纸带的字母编号)　　　　。 ‎ 乙 ‎(2)(多选)下列关于橡皮筋及其做功的说法正确的是　　　　。 ‎ A.橡皮筋做功的值不需要测量 B.增加规格相同的橡皮筋条数,使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 C.在小车运动的过程中,橡皮筋一直对其做功 D.将橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍,橡皮筋做的功增加了两倍 ‎(3)在操作正确的前提下,打出的一条纸带如图丙所示,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的　　　　部分进行测量; ‎ ‎(4)在某次实验中,实验小组误将木板水平放置,小车在橡皮筋作用下由静止开始运动,当小车运动到某一位置,橡皮筋恰好处于原长状态。下列说法正确的是　　　　。 ‎ A.此时小车速度最大　　　　　　‎ B.此时小车加速度最大 C.此后小车开始做匀速直线运动 D.当小车速度最大时,橡皮筋一定处于拉伸状态 答案　(1)B　(2)AB　(3)HI(HK、或IK均可)　(4)D 解析　(1)纸带B的点迹均匀,说明小车匀速运动,平衡可摩擦力,则符合实验要求的是B;‎ ‎(2)实验中橡皮筋做功的值不需要测量,选项A正确;增加规格相同的橡皮筋条数,使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加,选项B正确;在小车运动的过程中,橡皮筋只是刚开始时对小车做功,橡皮筋恢复原长后就不再对小车做功,选项C错误;由EP=‎1‎‎2‎kx2,将橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍,橡皮筋做的功不是增加两倍,选项D错误;故选A、B。‎ ‎(3)测量小车的速度时应该用纸带上点迹均匀的部分测量,即HI、HK、或IK部分均可;‎ ‎(4)由于木板水平放置,小车与木板间有摩擦力,则当小车速度最大时,弹力等于摩擦力,此时橡皮筋一定处于拉伸状态,故选D。‎