決勝考場高中物理模塊五功與能：考點8實驗：探究功與速度變化關(guān)系word版含答案[原創(chuàng)]

1、考點8 實驗：探究功與速度變化關(guān)系基本實驗要求及實驗數(shù)據(jù)處理實驗方案一1.實驗原理重物通過滑輪牽引小車，當小車的質(zhì)量比重物的質(zhì)量大得多且摩擦力忽略不計時，可以把重物所受的重力當作小車受到的牽引力.如圖1所示.改變重物的質(zhì)量或者改變小車運動的距離，也就改變了牽引力做的功，從而探究牽引力做的功與小車獲得的速度間的關(guān)系.2.實驗器材小車、一端帶滑輪的長木板、砝碼、鉤碼、天平、打點計時器、紙帶、刻度尺等.3.實驗步驟(1)墊高木板不帶滑輪的一端，平衡摩擦力.(2)在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端、用細線繞過滑輪連接小車和鉤碼.(3)將小車停在打點計時器附近，先接通電源，再釋放小車，

2、關(guān)閉打點計時器電源.(4)改變鉤碼的數(shù)量，更換紙帶重復進行操作.4.注意事項(1)實驗前必須首先平衡摩擦力.(2)必須保證所懸掛鉤碼的重力遠小于小車的重力，這時鉤碼重力才近似等于小車所受的合外力.5.數(shù)據(jù)處理(1)小車受到的合外力F：大小近似等于所掛鉤碼的重力mg，故用天平測出鉤碼的質(zhì)量m可求Fmg.(2)通過紙帶測小車的位移l(3)求出合力對小車做的功WFlmgl(4)通過紙帶求出對應位移l時，小車獲得的速度v.6.結(jié)論研究W與v的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)合力對小車做的功W與小車速度的平方成正比，即滿足Wv2.實驗方案二1.實驗原理(如圖所示) (1)一根橡皮筋作用在小車上移動距離x做功為W.(2)兩根橡

3、皮筋作用在小車上移動距離x做功應為2W.(3)三根橡皮筋作用在小車上移動距離x做功應為3W.(4)利用打點計時器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系.2.實驗器材橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、刻度尺、鐵釘?shù)?3.實驗步驟(1)墊高木板的一端，平衡摩擦力.(2)拉伸的橡皮筋對小車做功：用一條橡皮筋拉小車做功W.用兩條橡皮筋拉小車做功2W.用三條橡皮筋拉小車做功3W.(3)測出每次做功后小車獲得的速度.(4)分別用各次實驗測得的v和W繪制Wv或Wv2、Wv3、圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系.4.實驗注意事項(1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力

4、與摩擦阻力平衡.方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，找到長木板的一個合適的傾角.(2)測小車速度時，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)橡皮筋應選規(guī)格一樣的.力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值.(4)小車質(zhì)量應大一些，使紙帶上打的點多一些.5.實驗探究的技巧與方法(1)不直接計算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次實驗中的W和v是第1次的多少倍，簡化數(shù)據(jù)的測量和處理.(2)做Wv圖象，或Wv2、Wv3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線.6.實驗結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系：W與v2成正比.考點

5、一 實驗原理與實驗操作1. 某實驗小組用如圖3所示的實驗裝置和實驗器材做“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”實驗，在實驗中，該小組同學把砂和砂桶的總重力當作小車受到的合外力.(1) 為了保證實驗結(jié)果的誤差盡量小，在實驗操作中，下面做法必要的是_.B. 實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作C. 實驗操作時要先放小車，后接通電源D. 在利用紙帶進行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個研究點離得越近越好E. 在實驗過程中要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(2)除實驗裝置中的儀器外，還需要的測量儀器有_.(3)如圖為實驗中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點來探究“功與速度變化的關(guān)系”.已知打點計時器的打點周期為

6、T，重力加速度為g.圖中已經(jīng)標明了要測量的物理量，另外，小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m.請你把要探究的結(jié)果用題中給出的字母表達出來_.【答案】(1)AD(2)刻度尺、天平(3)mgx2. 某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，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(guān)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

7、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跡清晰C. 可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動D. 可在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

8、力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D. 鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力【答案】(1)刻度尺、天平(包括砝碼)(2)D(3)可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)(4)CD3. 用如圖所示的裝置做“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗時，下列說法正確的是_.A. 為了平衡摩擦力，實驗中可以將長木板的左端適當墊高，使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動B. 每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長度要一樣C. 可以通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值D. 可以通過改變小車的質(zhì)量來改變拉力做功的數(shù)值E. 實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源F. 通過打點計時器打下的紙帶來

9、測定小車加速過程中獲得的最大速度G. 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度【答案】ABCF4. 某學習小組做“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗如圖7所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為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(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的速度根據(jù)打點計時器所打在紙帶上的點進行計算.(1) 除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關(guān)、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)電源.(2)實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的

10、是()B. 放開小車，能夠自由下滑即可C. 放開小車，能夠勻速下滑即可D. 放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可E. 放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可(3) 若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是()F. 橡皮筋處于原長狀態(tài)G. 橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)H. 小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處I. 小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線J. 在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的_部分進行測量(根據(jù)如圖8所示的紙帶回答).【答案】(1)交流(2)D(3)B(4)GJ考點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析5. 某

11、實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器來探究做功與物體速度變化的關(guān)系.如圖9所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小.小車中可以放置砝碼.(1) 實驗主要步驟如下： 測量_和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需裝置. 將小車停在C點，接通電源，_，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度. 在小車中增加砝碼，或_，重復的操作.(2) 如表所示是他們測得

12、的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|vv|是兩個速度傳感器所記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量Ek，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功.表格中的Ek3_J，W3_J.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)A.數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)M/kg|vv|/(m/s)2Ek/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400Ek31.220W341.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430B. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中作出EkW圖線.【答案】(1)小

13、車然后釋放小車減少砝碼 (2)0.6000.610(3)見解析圖6. 如圖所示是某研究性學習小組做探究做功與物體速度變化的關(guān)系的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形.這時，橡皮筋對小車做的功記為W.當我們把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，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放.小車在每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出.(1) 除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有_；(2) 平衡摩擦力后，每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的_部分進行測量；(3) 下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2次、第3次實驗

14、中橡皮筋做的功填寫在對應的位置；橡皮筋做的功10個間距的距離x(m)10個間距的時間T(s)小車獲得的速度vn小車速度的平方v第1次W0.2000.2第2次0.2800.2第3次0.3000.2第4次0.4000.2第5次0.4500.2(4)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應是Wn_，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標系中作出相應的圖象驗證理論的正確性.【答案】(1)刻度尺(2)點距均勻(3)2W3W4W5W(4)v圖象見解析7. 某實驗小組用如圖所示的實驗裝置和實驗器材做“探究功與速度變化的關(guān)系”實驗，在實驗中，該小組同學把砂和砂桶的總重力當作小車受到的合外力(1)

15、為了保證實驗結(jié)果的誤差盡量小，在實驗操作中，下面做法必要的是 A. 實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作B. 實驗操作時要先放小車，后接通電源C. 在利用紙帶進行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個研究點離得越近越好D. 在實驗過程中要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(2)除實驗裝置中的儀器外，還需要的測量儀器有 (3)如圖所示，為實驗中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點來探究功與速度變化的關(guān)系已知打點計時器的打點周期為T，重力加速度為g圖中已經(jīng)標明了要測量的物理量，另外，小車的質(zhì)量為M，砂和砂桶的總質(zhì)量為m請你把要探究的結(jié)果用題中給出的字母表達出來 【答案】(1)AD (2)刻度尺、天平 (3)

16、8. “探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗如圖甲所示，當小車在一條橡皮筋的作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為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每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關(guān)、 （填測量工具）和 電源（填“交流”或“直流”）(2)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速運動(3)某同學在做利用橡皮筋探究功與速度變化關(guān)系

17、的實驗時，拖著紙帶的小車在橡皮筋的作用下由靜止運動到木板底端，在此過程中打點計時器在紙帶上打下的相鄰點間的距離變化情況是 A始終是均勻的B先減小后增大A 先增大后減小 D先增大后均勻不變(4)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法中正確的是 A橡皮筋處于原長狀態(tài) B橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 D小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線(5)實驗中先后用同樣的橡皮筋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

18、的功為2W，；橡皮筋對小車做功后而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(6) 若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的Wv圖象如圖所示，根據(jù)圖線形狀可知，對W與v的關(guān)系作出猜想肯定不正確的是 2.AW BW CWv2 DWv3(7)如果Wv2的猜想是正確的，則畫出的Wv2圖象應是 【答案】(1)毫米刻度尺 交流 (2)CD (3)D (4)B (5)2 (6)AB (7) 過原點的一條直線考點三 實驗的創(chuàng)新與拓展3. 利用圖裝置可以做力學中的許多實驗，(1)以下說法正確的是 A. 用此裝置“研究勻變速直線運動”時，必須設法消除小車和滑軌間的摩擦阻

19、力的影響B(tài). 用此裝置“研究勻變速直線運動”時，應使小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量C. 用此裝置還可以用來探究“恒力做功與動能改變量的關(guān)系”D. 用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”應使小盤和盤內(nèi)砝碼的總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量(2)本裝置中要用到打點計時器，如圖2所示為實驗室常用的兩種計時器，其中甲裝置用的電源要求是 A交流220V B直流220V C交流46V D直流46V(3)在利用此裝置“探究加速度a與力F的關(guān)系”時，實驗中按規(guī)范操作打出的一條紙帶的一部分如圖已知打點計時器接在頻率為50Hz的交流電源上，則此次實驗中打點計時器打下A 點時小車的瞬時速度為 m/s2（結(jié)果保留2位有效

20、數(shù)字）【答案】(1)CD (2)A (3)0.524. 在做“探究做功和物體速度變化關(guān)系”的實驗前，某探究小組的同學們通過討論提出了以下幾種猜想：Wv，Wv2，W，。為了驗證猜想，他們設計了如圖甲所示的實驗裝置。PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個速度傳感器(用來測量物體每次通過Q點的速度)。在剛開始實驗時，有位同學提出，不需要測出物體質(zhì)量，只要測出物體從初始位置到速度傳感器的距離和讀出速度傳感器的示數(shù)就行了，大家經(jīng)過討論采納了該同學的建議。(1) 本實驗中不需要測量物體的質(zhì)量，理由是什么？_。(2) 讓物體分別從不同高度無初速度釋放，測出物體從初位置到速度傳感器的距離L1、L2、L3、L

21、4，讀出物體每次通過速度傳感器Q的速度v1、v2、v3、v4，并繪制了如圖乙所示的Lv圖象。根據(jù)繪制出的Lv圖象，若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，他們下一步應該作出_。AL圖象 BL圖象B L 圖象 DLv2圖象(3)本實驗中，木板與物體間摩擦力的大小會不會影響探究出的結(jié)果？_。【答案】(1)因為WEk，Wmg(sin cos )L，Ekmv2，等式兩邊都有m，所以探究W與v的關(guān)系時可以不測量質(zhì)量m(2)D(3)不會5. 某同學利用如圖所示的裝置探究做功與物體速度變化的關(guān)系.A. 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；B. 在釘子上分別套上2

22、條、3條、4條同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長度都保持一致，重復步驟，小物塊落點分別記為M2、M3、M4；C. 測量相關(guān)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理.D. 為求出小物塊拋出時的動能，需要測量下列物理量中的_(填正確答案標號).B 小物塊的質(zhì)量mC 橡皮筋的原長xD 橡皮筋的伸長量xE 桌面到地面的高度hF 小物塊拋出點到落地點的水平距離L(5)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、.若功與速度的二次方成正比，則應以W為縱坐標、_為橫坐標作圖，才能得到一條直線.(6)由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于_(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”).【答案】(4)ADE(5)L2(6)系統(tǒng)誤差6. 某學習小組利用如圖所示的裝置探究做功與物體速度