高考物理考點一遍過專題26實驗：探究功與速度變化的關系(含解析)

1、內(nèi)部文件，版權追溯專題26 實驗：探究功與速度變化的關系一、實驗目的探究功與速度變化的關系或驗證動能定理（功與速度的平方成正比關系）。二、實驗器材1變力做功：橡皮筋、小車、木板、打點計時器和紙帶、鐵釘?shù)取?恒力做功：鉤碼、小車、帶滑輪的木板、打點計時器和紙帶（或光電門）、細繩等。三、主要誤差1橡皮筋不能嚴格相同，使橡皮筋拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比。2鉤碼的重力作為小車受到的合外力時，鉤碼質量沒有遠小于小車質量造成的系統(tǒng)誤差。3平衡摩擦力不足或過度。四、注意事項1平衡摩擦力時，小車應拉著紙帶，使小車重力沿斜面向下的分力與木板對小車的摩擦力、打點計時器對紙帶的阻力平衡。平衡時，打點計時器打出

2、的紙帶上點跡間距相等，即小車做勻速直線運動。2變力做功時，測小車速度應選紙帶上的點均勻的部分，也就是選小車做勻速運動的部分。3恒力做功時，用光電門測速度，應考慮擋光部分的大小造成的誤差。4小車質量應大一些，使力不變時，加速度較小，紙帶上打下的點多一些。在“探究做功與物體速度變化的關系”實驗中，某同學安裝了如圖所示的實驗器材：（1）要完成實驗目的，除了圖示器材，在下列實驗器材中還需要的有_A毫米刻度尺 B46 V直流電源C46 V交流電源 D沙桶或鉤碼（2）下列紙帶（左邊為先打下的點）中符合實驗要求的是_，平衡摩擦力過度的是_?！緟⒖即鸢浮浚?）AC （2）B D【詳細解析】（1）要測量紙帶上點

3、間的距離，需要毫米刻度尺，電磁打點計時器，需要46 V交流電源，故選AC。（2）符合要求的紙帶上后面的點跡均勻，選B；平衡摩擦力過度，則橡皮筋回復原狀后小車仍有加速度，相鄰點間的距離越來越大，選D?！久麕燑c睛】用變力做功探究動能定理，變力的功可以倍數(shù)表示。常使用紙帶記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)受力分析結合對紙帶的運動分析，可得到實驗中是否出現(xiàn)了較大誤差或錯誤。1如圖所示，某同學在做“探究功與速度變化的關系”的實驗。當小車在1條橡皮筋的作用下沿木板滑行時，橡皮筋對小車做的功記為W。當用2條、3條橡皮筋重復實驗時，設法使每次實驗中橡皮筋所做的功分別為2W、3W。（1）實驗室提供的器材有：長木板、小車、橡皮筋、電

4、火花計時器、紙帶、220 V交流電源（50 Hz），則還缺少的實驗器材是_。（2）圖中小車上有一固定小立柱，下圖給出了4種橡皮筋與小立柱的套接方式，為減小實驗誤差，最合理的套接方式是_。（3）在操作正確的情況下，某次所打的紙帶如圖所示。打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應選用紙帶的_部分進行測量，小車獲得的速度是_m/s。（計算結果保留兩位有效數(shù)字）【答案】（1）刻度尺 （2）A （3）GJ 0.65 某同學采用如圖所示的裝置進行了有關“動能定理”研究的實驗。其步驟如下：按圖把實驗器材安裝好，不掛配重，反復移動墊木直到小車能夠做勻速直線運動；把細線系在小車上并繞

5、過定滑輪懸掛質量為100 g的配重，接通電源，放開小車，電火花計時器在被小車帶動的紙帶上打下一系列點，從紙帶上某點A開始，每隔4個點取一個計數(shù)點，依次標為B、C、D；測量出B、C、D各點與A點的距離，分別記為x1、x2、x3；用配重受到的重力分別乘以x1、x2、x3，得到配重重力所做的功W1、W2、W3（當?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2）；求出打B、C、D各點時小車的速度大小，分別記為v1、v2、v3，再求出其平方、；以速度的平方v2為縱坐標，配重重力所做的功W為橫坐標，作出圖象。（以下計算均保留兩位小數(shù)）（1）在步驟4中，該同學測得x4=40.00 cm，則配重重力所做的功W4=_J。（2

6、）該同學得到的圖象如圖所示。通過圖象可知，打A點時小車的速度v0=_m/s。（3）小車的質量M=_kg。【參考答案】（1）0.39 （2）0.50 （3）0.30【詳細解析】（1）配重重力做的功為W4=mgx4=100×103×9.8×40.00×102 J0.39 J。（2）由圖可知，縱截距表示打A點時小車速度的平方，因此有，可得v0=0.50 m/s。（3）根據(jù)動能定理有，可得，結合圖象的斜率，可得小車的質量M=0.30 kg。【名師點睛】用恒力做功探究動能定理時，由于力已知，則速度的平方實際上與位移成正比，就不必等力做完功才測速度。測量速度的方法不

7、限于紙帶，也可以用光電門或傳感器。1某實驗小組設計了如圖甲所示的實驗裝置來做“探究做功和物體速度變化關系”的實驗，實驗裝置中PQ為一塊傾斜放置的木板，木板可認為是光滑的，在其上固定一個光電門，用來測量物塊上遮光條通過光電門的時間。（1）若用游標卡尺測量遮光條的寬度，如圖乙所示，則示數(shù)為d=_mm，遮光條通過光電門時，顯示時間為t=0.002 s，則物塊通過光電門的瞬時速度為_m/s。（2）讓物塊分別從不同高度無初速釋放，測出物塊釋放的初位置到光電門的距離l1、l2、l3，讀出物塊上遮光條每次通過光電門的時間，計算出物塊上遮光條每次通過光電門的速度v1、v2、v3，并繪制了如圖丙所示的Lv圖象。

8、若為了更直觀地看出L和v的變化關系，應該作出_圖象。AL BLCLv DLv2【答案】（1）1.8 0.9 （2）D1某同學用圖甲所示的器材做“探究功與速度變化的關系”的實驗。如圖甲所示，小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功計為W，當用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致，小車速度可由速度傳感器測出，并經(jīng)電腦處理后得出如圖乙所示的一一對應的vt圖象，由圖象可以讀出每次實驗時小車獲得的最大速度并記入表中。次數(shù)做功速度（m·s1）速度平方（m2·s2）1W1.001.0022W1.411.9

9、933W1.732.9944WX55W2.245.02（1）表中“X”處的數(shù)值應該是_。（2）從表格中可以得出，合力的功W與速度v的關系是_。（3）在作圖象時，由于實際操作過程中木板的傾角調(diào)整不當，造成實際圖線與理想圖線（虛線）存在差異，則作出的圖象可能是_。ABCD2某中學實驗小組采用如圖1所示的裝置探究功與速度的關系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行。打點計時器工作頻率為50 Hz。 （1）實驗中木板略微傾斜，這樣做_。 A是為了使釋放小車后，小車能勻加速下滑B是為了增大小車下滑的加速度C可使得橡皮筋做的功等于合外力對小車做的功D可使得橡皮筋松弛后小車做勻加速運動（2）實驗中先后用同

10、樣的橡皮筋1條、2條、3條，并起來掛在小車的前端進行多次實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車。把第1次只掛1條橡皮筋對小車做的功記為W，第2次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2W；橡皮筋對小車做功后獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出。根據(jù)第4次實驗的紙帶（如圖2所示）求得小車獲得的速度為_m/s（結果保留三位有效數(shù)字）。 （3）畫出的Wv圖象如圖3所示，根據(jù)圖線形狀可知，下列猜想肯定不正確的是_。 A BC D3某同學利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關系。實驗主要步驟如下：使小物塊在1條橡皮筋的作用下彈出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點記為M1；在釘子上分別套2條

11、、3條、4條相同橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長度保持一致，重復步驟，小物塊落點分別記為M2、M3、M4；測量相關數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理。（1）為求出小物塊拋出時的速度，需要測量下列物理量中的_（填正確答案標號）。A小物塊的質量mB橡皮筋的原長xC橡皮筋的伸長量xD桌面到地面的高度hE小物塊拋出點到落地點的水平距離L（2）將幾次實驗中橡皮筋對小物塊做的功分別記為W1、W2、W3，小物塊拋出點到落地點的水平距離分別記為L1、L2、L3。若功與速度的平方成正比，則應以W為縱坐標、以_為橫坐標作圖，才能得到一條直線。（3）小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，由此引起的誤差屬于_（填“偶然”或“系統(tǒng)”）誤差。4某

12、實驗小組利用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關系，他們將寬度為d的擋光片固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與砝碼盤相連，在水平桌面上的A、B兩點各安裝一個光電門，記錄小車通過A、B時的遮光時間，小車中可以放置砝碼，砝碼對光電門無影響。實驗主要步驟如下：用游標卡尺測量擋光片的寬度d。將木板略微傾斜以平衡摩擦力，使細線拉力做的功等于合力對小車做的功；將小車停在C點，在砝碼盤中放上砝碼，小車在細線拉動下運動，記錄此時小車、小車中砝碼和擋光片的質量之和為M，砝碼盤和盤中砝碼的總質量為m，小車通過A、B時的遮光時間分別為t1、t2；在小車中增減砝碼或在砝碼盤中增減砝碼，重復的操作。（1）

13、下表是他們測得的多組數(shù)據(jù)，其中|是兩個速度的平方差，F(xiàn)為砝碼盤及盤中砝碼的總重力，W是F在A、B間做的功。表格中W3=_。（結果保留三位有效數(shù)字）次數(shù)M（kg）|（m2·s2）F（N）W（J）11.0000.3800.4000.20021.0000.8260.8400.42031.0000.9961.010W342.0001.202.4201.2152.0001.422.8601.43（2）若在本實驗中沒有平衡摩擦力，假設小車與水平長木板之間的動摩擦因數(shù)為。利用上面的實驗器材完成如下操作：保證小車質量不變（未知），改變砝碼盤中砝碼的數(shù)量（取繩上拉力近似為砝碼盤及盤中砝碼的總重力），測

14、得多組m、t1、t2的數(shù)據(jù)，并得到m與的關系圖象，如圖乙所示。已知圖象在縱軸上的截距為b，直線PQ的斜率為k，A、B兩點的距離為s，擋光片的寬度為d，則=_；圖線發(fā)生彎曲的原因是_。5如圖所示的實驗裝置，可以用來驗證動能定理和探究力和加速度的關系兩個實驗，其中M為帶滑輪的小車的質量，m為砂和砂桶的質量。（滑輪質量不計）（1）對這兩個實驗，下列說法正確的是_。A都要用天平測出砂和砂桶的質量B為了讓小車受到的合力等于繩的拉力，都要將帶滑輪的長木板右端墊高，以平衡摩擦力C都要讓小車靠近打點計時器，先接通電源再釋放小車，打紙帶的同時記錄彈簧測力計的示數(shù)D為減小誤差，實驗中要保證砂和砂桶的質量m遠小于小

15、車的質量M（2）改變砂和砂桶的質量，以彈簧測力計的示數(shù)F為橫坐標，加速度a為縱坐標，畫出的aF圖象是一條直線，求得圖線的斜率為k，則小車的質量為_。（3）實驗中正確操作打出的一條紙帶如圖所示，測出各計數(shù)點到0點的距離x，計算出打各計數(shù)點時小車的速度v，若要便于驗證動能定理，應作_（填“xv”、“xv2”或“xv3”）圖象。6某實驗小組利用圖示裝置進行“探究動能定理”的實驗，實驗步驟如下：A掛上細線和鉤碼，調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；B打開速度傳感器，取下輕繩和鉤碼，保持A中調(diào)節(jié)好的長木板傾角不變，讓小車從長木板頂端由靜止下滑，分別記錄小車通過速度傳感器1和速度

16、傳感器2時的速度大小v1和v2；C重新掛上細線和鉤碼，改變鉤碼的個數(shù)，重復步驟AB?；卮鹣铝袉栴}：（1）按上述方案做實驗，長木板表面粗糙對實驗結果_（填“有”或“無”）影響。（2）若要驗證動能定理，還需測量的物理量有_。A懸掛鉤碼的總質量m B長木板的傾角C兩傳感器間的距離l D小車的質量M（3）根據(jù)實驗所測的物理量，驗證動能定理的表達式為_（重力加速度為g）。7某實驗小組做“探究動能定理”實驗，裝置如圖甲所示。探究對象是鋁塊（質量小于砂桶），保持其質量m不變，通過在砂桶中加砂來改變對鋁塊的拉力，由力傳感器可測得拉力的大小F。已知當?shù)刂亓铀俣葹間，電源頻率為f。（1）若把力傳感器裝在右側輕繩

17、上則實驗的誤差會更_（填“大”或“小”）。（2）實驗時，讓砂桶從高處由靜止開始下落，在紙帶打出一系列的點，如圖乙所示，其中0是打下的第一個點，取紙帶上05過程進行研究，鋁塊動能的增加量Ek=_，外力做的功W=_。（3）為了更普遍地反應鋁塊運動過程中功與動能增加量的關系，某同學選取0點到不同計數(shù)點過程，作出EkW圖象如圖丙所示，他根據(jù)_，才得到結論：外力做的功等于動能的增加量。（4）為了提高實驗效果，提出一條合理的建議：_。8如圖，某研究性學習小組為探究“物體的做功與動能的關系”，設計了如下實驗：平直軌道B固定在水平桌面上。彈射裝置A固定于軌道上，小球被勁度系數(shù)較大的壓縮彈簧彈出后從軌道端點O滑

18、出做平拋運動落到地面。已知彈簧的彈性勢能的表達式Ep=，式中k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量。（1）為減小實驗誤差，彈射裝置距離軌道端點O應該_（填“近些”或“遠些”）。（2）實驗中是否要測量桌面的高度。_（填“是”或“否”）。（3）改變彈簧的壓縮量x，并測出對應的小球做平拋運動的水平位移s，在坐標紙中根據(jù)已描出的點作出合理的圖線。9為了探究做功與物體動能之間的關系，在氣墊導軌上放置一帶有遮光片的滑塊，輕彈簧的一端與滑塊相接，另一端固定在氣墊導軌的一端，將一光電門P固定在氣墊導軌底座上適當位置，如圖所示。彈簧處于自然狀態(tài)時，滑塊上的遮光片剛好位于光電門的擋光位置，與光電門相連的光電計時器可

19、記錄遮光片通過光電門時的擋光時間。實驗步驟如下：用游標卡尺測量遮光片的寬度d；在氣墊導軌上適當位置標記一點A（圖中未標出，A、P間距離遠大于d），將滑塊從A點由靜止釋放，由光電計時器讀出滑塊第一次通過光電門時遮光片的擋光時間t；利用所測數(shù)據(jù)求出滑塊第一次通過光電門時的速度v；更換勁度系數(shù)不同而自然長度相同的彈簧重復實驗步驟，記錄彈簧勁度系數(shù)及相應的速度v。實驗數(shù)據(jù)如下表所示：彈簧勁度系數(shù)k2k3k4k5k6kv/(m·s1)0.711.001.221.411.581.73v2/(m2·s2)0.501.001.491.992.492.99v3/(m3·s3)0.3

20、61.001.822.803.945.18（1）測量遮光片的寬度時游標卡尺讀數(shù)如圖所示，讀得 d=_m。（2）用測量的物理量表示遮光片通過光電門時滑塊速度的表達式v=_。（3）已知滑塊從A點運動到光電門P處的過程中，彈簧對滑塊做的功與彈簧的勁度系數(shù)成正比，根據(jù)表中數(shù)據(jù)可得出彈簧對滑塊做的功W與滑塊通過光電門時的速度v的關系是_。10（2017北京卷）如圖1所示，用質量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。（1）打點計時器使用的電源是_（選填選項前的字母）。A直流電源 B交流電源（2）實驗中，需要平衡摩擦力

21、和其他阻力，正確操作方法是_（選填選項前的字母）。A把長木板右端墊高 B改變小車的質量在不掛重物且_（選填選項前的字母）的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A計時器不打點 B計時器打點（3）接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C各點到O點的距離為x1、x2、x3，如圖2所示。實驗中，重物質量遠小于小車質量，可認為小車所受的拉力大小為mg。從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W=_，打B點時小車的速度v=_。（4）以v

22、2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達式為_。根據(jù)功與能的關系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結果的單位關系，與圖線斜率有關的物理量應是_。（5）假設已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質量不滿足遠小于小車質量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2W關系的是_。11（2017江蘇卷）利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關系。小車的質量為M=200.0 g，鉤碼的質量為m=10.0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電。（1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調(diào)節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車

23、觀察到_。（2）掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離，記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=_m/s。（3）將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力對小車做的功W。利用算出小車動能，并求出動能的變化量。計算結果見下表。2.452.923.353.814.262.312.733.123.614.00請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出圖象。（4）實驗結果表明，總是略小于W。某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和

24、鉤碼質量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=_N。12（2014天津卷）某同學把附有滑輪的長木板放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關系，此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等。組裝的實驗裝置如圖所示。（1）若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪些。_（2）實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行，他這樣做的目的是下列的哪個。_（填字母代號）A避免小車在運動過程中發(fā)生抖動B可使打點計時器在紙帶上打出的點清晰C可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動D可在

25、平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力（3）平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度，在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法：_。（4）他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的_（填字母代號）。A在接通電源的同時釋放了小車B小車釋放時離打點計時器太近C阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D鉤碼勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力 1（1）2.00 （2） （3）AD【解析】（1）由圖乙可知X=2.00。（2）由表

26、中數(shù)據(jù)可得。（3）若傾角較小，平衡摩擦力不夠，則根據(jù)動能定理有，A正確；若傾角較大，平衡摩擦力過度，則根據(jù)動能定理有，D正確。2（1）C （2）2.00 （3）AB（2）各點之間的距離相等時，小車做勻速直線運動，由圖可知，兩相鄰點間的距離是4.00 cm時做勻速直線運動，打點時間間隔，利用公式。（3）根據(jù)數(shù)學知識可知，圖3的圖象不可能為AB，圖象與y=xn（n=2,3,4,）函數(shù)圖象類似，由于是探究實驗不能直接得到，故選AB。3（1）DE （2）L2 （3）系統(tǒng)【解析】（1）小物塊拋出后做平拋運動，在水平方向有v0=，在豎直方向有h=gt2，故需要測量小物塊拋出點到落地點的水平距離L和桌面到地

27、面的高度h，選DE。（2）小物塊拋出后的速度的平方=，其中g、h不變，因為功與速度的平方成正比，則應以W為縱坐標、以L2為橫坐標作圖，才能得到一條直線。（3）由于實驗裝置存在一些不能克服的問題而導致的誤差叫做系統(tǒng)誤差，故由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差。4（1）0.505 （2） 繩上拉力不能近似為砝碼盤及盤中砝碼的總重力【解析】（1）由W=Fs，可得A、B間的距離s=0.5 m，則W3=1.010×0.5=0.505(J)。（2）小車受到的拉力F0=Ff=mgMg，小車的位移是s，由運動學規(guī)律有2s=，可得m=+M，故k=，b=M，解得=；當砝碼盤中砝碼的

28、數(shù)量增加使繩上拉力不能近似為砝碼盤及盤中砝碼的總重力時，圖線就會彎曲。5（1）BC （2） （3）xv2（2）由牛頓第二定律有2F=ma，可得a=F，則aF圖象的斜率k=，小車的質量m=。 （3）要驗證動能定理，應對比外力做的功W=Fx和小車動能增加量Ek=mv2，即作xv2圖象。6（1）無 （2）ACD （3）【解析】（1）平衡摩擦力后，小車在重力、木板支持力、摩擦力、細線拉力作用下處于平衡狀態(tài)，撤去鉤碼后小車受到的合外力等于鉤碼的重力，所以長木板表面粗糙對實驗結果沒有影響。（2）要驗證動能定理，需求出合外力mg的功mgl，及小車動能的變化量，故還需測量的物理量有懸掛鉤碼的總質量m、兩傳感器間的距離l、小車的質量M，選ACD。（3）根據(jù)動能定理，合外力對小車做的功等于小車動能的變化量，有。7（1）大 （2） （3）圖象斜率近似為1（4）鋁塊換成密度更大的物塊（或計算上力傳感器質量）【解析】（1）若把力傳感器裝在右側輕繩上，由于細繩和滑輪間存在摩擦，而使F的值偏大，實驗誤差會更大。（2）鋁塊做勻加速運動，平均速度等于中間時刻的瞬時速度，則，鋁塊動能的增加量，外力做的功。 （3）若外力做的功等于動能的增加量，則Ek=W，作出的EkW圖象的斜率應近似為1。（4）可將鋁塊換成密度更大的物塊，可以在計算時不忽略力傳感器的質量。8（1）近些 （2）否 （3）