2020高中物理第七章机械能守恒定律第6节实验：探究功与速度变化的关系优练含解析 人教版必修2 6页

实验：探究功与速度变化的关系 ‎ 基础夯实 ‎ ‎1．(2019·浙江省牌头中学高一下学期期中)小明和小帆同学利用如图所示的装置探究功与速度的变化关系，对于橡皮筋和小车连接的问题，小明和小帆同学分别有两种接法，你认为正确的是__甲__(填“甲”或者“乙”)‎ 解析：橡皮筋不能拴在钉子上，所以甲的接法正确。‎ ‎2．下面探究“功与物体速度变化关系”的实验步骤，其合理顺序是__③①④②__。‎ ‎①将小车拉至图中C处，使AB和BC间距离大致相等，接通打点计时器电源，放开小车，小车带动纸带运动，打下一系列的小点，由纸带分析求出小车通过B位置时的速度v，设第1次橡皮筋对小车做的功为W。‎ ‎②做出W－v、W－v2的图像，分析图像的特点，得出结论。‎ ‎③如图所示，先固定打点计时器，在长木板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋(即图示情况)，使橡皮筋处于自由长度。‎ ‎④用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次…实验，每次实验保持橡皮筋拉伸的长度不变，用同样的方法测出v2、v3……记下2W、3W……记入表格。‎ ‎3．下表是在探究功与物体速度变化的关系时得到的数据。请根据以下数据在图中完成W－v、W－v2、W－v3图像，并由图像确定功与速度变化的关系是____________。‎ W(一条橡皮筋做的功作为功的单位)‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ v(m/s)‎ ‎1.4‎ ‎2.0‎ ‎2.4‎ ‎2.8‎ ‎3.2‎ ‎3.5‎ ‎3.7‎ ‎4.0‎ v2(m2/s2)‎ v3(m3/s3)‎ - 6 -‎ 解析：v2、v3的数值如下表所示：‎ W(一条橡皮筋做的 功作为功的单位)‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ ‎7‎ ‎8‎ v(m/s)‎ ‎1.4‎ ‎2.0‎ ‎2.4‎ ‎2.8‎ ‎3.2‎ ‎3.5‎ ‎3.7‎ ‎4.0‎ v2(m2/s2)‎ ‎1.96‎ ‎4.0‎ ‎5.76‎ ‎7.84‎ ‎10.24‎ ‎12.25‎ ‎13.69‎ ‎16.0‎ v3(m3/s3)‎ ‎2.74‎ ‎8.0‎ ‎13.82‎ ‎21.95‎ ‎32.77‎ ‎42.88‎ ‎50.65‎ ‎64.0‎ W－v、W－v2、W－v3图像如图所示。‎ 由图可得力对物体做的功与速度的平方成正比。‎ ‎4．(2018·陕西省西安市长安区第一中学高一下学期期中)某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，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__C__(填答案前的字母)。‎ A．是为了释放小车后，小车能匀加速下滑 B．是为了增大橡皮筋对小车的弹力 C．是为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 D．是为了使橡皮筋松驰后小车做匀加速运动 ‎(2)实验过程中，下列叙述正确的是__CD__。‎ A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出 D．实验中应该测量小车最后匀速运动时的速度 解析：(1)使木板倾斜，是为了平衡摩擦力，使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功，故ABD错误，C正确。‎ - 6 -‎ ‎(2)橡皮筋完全相同，通过增加橡皮筋的条数来使功倍增，因此不需要计算橡皮筋每次对小车做功的具体数值，故A错误；通过增加橡皮筋的条数来使功倍增，故橡皮筋每次拉伸长度必须保持一致，故B错误；先接通电源，待打点稳定后再释放小车，故C正确；实验中应该测量小车最后匀速运动时的速度，作为小车最后的速度，选项D正确。‎ ‎5．如图所示，汽车已成为人们外出的重要交通工具之一，评价汽车性能的主要指标有动力性、经济性、稳定性、制动性等，其中制动性主要是指在良好的路面上，汽车迅速降低车速直到停车的距离，表中记录的是汽车以不同速率行驶时，制动后所经过的距离。‎ 汽车速率v/(km·h－1)‎ 制动距离s/m ‎10‎ ‎1‎ ‎20‎ ‎4‎ ‎40‎ ‎16‎ ‎50‎ ‎25‎ ‎60‎ ‎36‎ 请根据表中的数据，用图像分析推断克服阻力做功与汽车速率变化之间的关系。‎ 解析：制动过程中阻力不变，设每制动1 m ，克服阻力做的功为W1、则制动4 m、16 m、25 m、36 m，克服阻力做的功分别为4W1、16W1、25W1、36W1，作出W－v图像如下图所示。‎ 可见W与v不是正比关系，猜想W与v2成正比，作出W－v2图像如下图所示。‎ 可见W与v2成正比。‎ ‎ 能力提升 ‎ ‎1．(2018·内蒙古赤峰二中高一下学期期中)“探究功与物体速度变化的关系”的实验如图甲所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，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。‎ - 6 -‎ ‎(1)除图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、__刻度尺__(填测量工具)和__交流__电源(填“交流”或“直流”)。‎ ‎(2)为消除摩擦力对本实验的影响，应该将木板的__左__(填“左”或“右”)端稍为抬高。平衡摩擦时，小车是否要拖着纸带穿过打点计时器进行？__是__(填“是”或“否”)‎ ‎(3)实验时打在纸带上的点并不都是均匀的，如图乙所示．为了测量小车获得的速度，应选用纸带的__EF(或EG)__部分进行测量(根据上面所示的纸带回答，并用字母表示)。‎ ‎(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、……，作出 W－v 图像，则下列符合实际的图像是__D__。(填字母序号)‎ 解析：(1)根据实验要求还需刻度尺；打点计时器需用交流电源；‎ ‎(2)平衡摩擦力时，应将木板左端抬高，小车后面要拖着纸带。‎ ‎(3)小车的速度应从匀速运动部分取纸带，即选用纸带的EF(或EG)部分。‎ ‎(4)根据W＝mv2，‎ W∝v2，可知应选D。‎ ‎2．某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码。实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为50 Hz。‎ ‎(1)图乙是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E五个计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表中的相应位置。‎ 测量点 x/cm v/(m·s－1)‎ O ‎0.00‎ ‎0.35‎ A ‎1.51‎ ‎0.40‎ - 6 -‎ B ‎3.20‎ ‎0.45‎ C ‎__5.08(5.05～5.10均可) ‎ ‎__0.49(0.48～0.50均可) ‎ D ‎7.15‎ ‎0.53‎ E ‎9.41‎ ‎0.60‎ ‎(2)在小车的运动过程中，对于砝码和小车组成的系统，‎ ‎__细线的拉力 做正功，__摩擦力(阻力) 做负功。‎ ‎(3)实验小组根据实验数据绘出了如图丙所示的图线(其中Δv2＝v2－v)，根据图线可获得的结论是：__Δv2∝x 。‎ 解析：(1)对于C点到O点的距离x，可由纸带分析得出，为6.08 cm－1.00 cm＝5.08 cm。C点对应小车的瞬时速度可用B、D两点间的平均速度来求，即vC＝＝≈49 cm/s＝0.49 m/s。‎ ‎(2)对于砝码和小车组成的系统，小车受到的牵引力即细线的拉力对系统做正功，系统所受的摩擦阻力对其做负功。‎ ‎(3)根据Δv2－x图线为过坐标原点的一条直线可得出Δv2∝x的结论。‎ ‎3．(2019·河南省实验中学高一下学期检测)某同学利用“落体法”在探究功与物体速度变化的关系实验中，设计了如图甲所示的实验。将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器或打点计时器。先用手提着纸带，使重物靠近计时器静止。然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。得到的纸带如图乙所示，O点为计时器打下的第1个点，该同学对数据进行了下列处理；取OA＝AB＝BC，并根据纸带算出了A、B、C三点的速度分别为vA＝0.12 m/s，vB＝0.17 m/s，vC＝0.21 m/s。‎ - 6 -‎ ‎　　　‎ 甲　　　　　　 　乙 请你根据以上数据验证重力对重物所做的功与重物速度的平方成正比。‎ 答案：设由O到A的过程中，重力对重物所做的功为W，那么由O到B过程中，重力对重物所做的功为2W。由O到C 过程中，重力对重物所做的功为3W。‎ 由计算可知，‎ v＝1.44×10－2m2/s2，v＝2.89×10－2m2/s2，‎ v＝4.41×10－2m2/s2，≈2，≈3，‎ 即v≈2v，v≈3v 由以上数据可以判定W∝v2是正确的，也可以根据W－v2的图线来判断(如图所示)。‎ - 6 -‎