新高考物理一輪練習專題45探究合外力對物體做功與速度的關系

專題45探究合外力對物體做功與速度的關系1．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＝200.0g，鉤碼的質量為m＝10.0g，打點計時器的電源為50Hz的交流電．(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調節(jié)木板右側的高度，直至向左輕推小車觀察到__________________．(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點．用刻度尺量出相鄰計數點間的距離Δx，記錄在紙帶上．計算打出各計數點時小車的速度v，其中打出計數點“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＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對小車做的功W.利用Ek＝eq\f(1,2)Mv2算出小車動能，并求出動能的變化量ΔEk.計算結果見下表．W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00請根據表中的數據，在方格紙上作出ΔEk－W圖像．(4)實驗結果表明，ΔEk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．用題中小車和鉤碼質量的數據可算出小車受到的實際拉力F＝________N.2．某興趣小組用如圖1所示的裝置驗證動能定理．(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供實驗選用：A．電磁打點計時器B．電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇______________(選填“A”或“B”).(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔．實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動．同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除．同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動．看法正確的同學是________________(選填“甲”或“乙”).(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼．接通打點計時器電源，松開小車，小車運動．紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖2所示．圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點的速度vA＝____________m/s.(4)測出小車的質量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為L.小車動能的變化量可用ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(A))算出．砝碼盤中砝碼的質量為m，重力加速度為g.實驗中，小車的質量應________(選填“遠大于”“遠小于”或“接近”)砝碼、砝碼盤和沙子的總質量，小車所受合力做的功可用W＝mgL算出．多次測量，若W與ΔEk均基本相等則驗證了動能定理．3．[2021·河南省南陽市月考]某同學利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關系．(ⅰ)小物塊在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；(ⅱ)在釘子上分別套上2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(ⅰ)，小物塊落點分別記為M2、M3、M4……；(ⅲ)測量相關數據，進行數據處理．(1)(多選)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).A．小物塊的質量mB．橡皮筋的原長xC．橡皮筋的伸長量ΔxD．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)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________(填“偶然誤差”或“系統誤差”).4．[2021·安徽江南十校聯考]某同學設計如圖所示裝置來探究動能定理．帶有水平部分的斜槽固定在地面上(固定部分沒有畫出)，斜槽面傾角為θ，在E點與水平部分平滑連接．水平部分高度為H，末端F點在水平地面上的投影點記為O點．O點右側鋪一張白紙，上面鋪上復寫紙以記錄落點位置．先讓可視為質點的滑塊從斜槽面上的某一點釋放，恰好運動到F點，該釋放點記為M點．在斜槽上作出N、P、Q點，且MN＝NP＝PQ.然后分別讓滑塊從N點、P點、Q點由靜止釋放落到水平地面白紙上的A1、A2、A3點．已知斜槽面各處粗糙程度相同．(1)利用“倍增法”來探究動能定理的過程中，斜槽面的傾角θ，斜槽水平部分的高度H是否必須測量________(填“是”或“否”)？在實驗誤差允許的范圍內，滿足OA1∶OA2∶OA3＝________，動能定理得到驗證．(2)(多選)若斜槽的傾角θ，桌面高度H在實驗前已被測定．有人想借助該裝置測定斜槽面與滑塊間的動摩擦因數μ，必須要測定的物理量是()A．滑塊質量B．當地的重力加速度gC．釋放點到M點的距離x1D．滑塊落地點到O點的距離x25．探究“做功和物體速度變化的關系”實驗裝置如圖甲所示，圖中是小車在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形．小車實驗中獲得的速度v，由打點計時器所打點的紙帶測出，橡皮筋對小車做的功記為W；實驗時，將木板左端調整到適當高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放．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……多次實驗．請回答下列問題：(1)除了圖甲中已給出器材外，需要的器材還有：交流電源、________；(2)如圖乙中，是小車在某次運動過程中打點計時器在紙帶上打出的一系列的點，打點的時間間隔為0.02s，則小車離開橡皮筋后的速度為________m/s(保留兩位有效數字)；(3)(多選)將幾次實驗中橡皮筋對小車做的功W和小車離開橡皮筋后的速度v，進行數據處理，以W為縱坐標，v或v2為橫坐標作圖，其中可能符合實際情況的是________．6．[2021·江西贛州市測試]某實驗小組利用圖甲所示實驗裝置及數字化信息系統探究“外力做功與小車動能變化的關系”．實驗時將小車拉到水平軌道的O位置由靜止釋放，在小車從O位置運動到A位置過程中，經計算機處理得到了彈簧彈力與小車位移的關系圖線如圖乙所示，還得到了小車在A位置的速度大小vA；另外用電子秤測得小車(含位移傳感器發(fā)射器)的總質量為m.回答下列問題：(1)小車從O位置運動到A位置過程中彈簧對小車所做的功W＝________，小車的動能改變量ΔEk＝________．(用m、vA、FO、FA、xA中各相關物理量表示)(2)若將彈簧從小車上卸下，給小車一初速度v0，讓小車從軌道右端向左端滑動，利用位移傳感器和計算機得到小車的速度隨時間變化的圖線如圖丙所示，則小車所受軌道摩擦力的大小Ff＝________(用m、v0、tm中各相關物理量表示).(3)綜合步驟(1)、(2)，該實驗所要探究的“外力做功與小車動能變化的關系”表達式是____________________(用m、vA、FO、FA、xA、v0、tm中各相關物理量表示).7．如圖所示是某同學做“探究功與速度變化的關系”的實驗裝置圖，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形．當把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，每次使小車從同樣的位置被彈出．小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器打出的紙帶測出．(1)實驗中需要通過調整木板傾斜程度以平衡摩擦力，目的是________A．為了使小車能做勻加速運動B．為了增大橡皮筋對小車的拉力C．為了使橡皮筋對小車做的功等于合力對小車做的功D．為了增大小車的動能(2)(多選)下列操作或措施對實驗結果沒有影響的是______A.沒有測出橡皮筋對小車做功的具體數值B．選取橡皮筋的勁度系數不同C．沒有測量出小車的質量D．誤將橡皮筋串在了一起(3)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的．如圖為某次實驗中通過打點計時器獲得的紙帶，其中每兩個計數點間還有一個點未標出．已知打點計時器使用的交流的周期為0.02s，則小車獲得的最大速度大小為________m/s(結果保留兩位有效數字).(4)(多選)若并聯橡皮筋的條數為n，小車的最大速度為v，橡皮筋對小車做的功為W，則下列圖像可能正確的是________．專題45探究合外力對物體做功與速度的關系1．(1)小車做勻速運動(2)0.228(3)見解析圖(4)0.093解析：(1)當木板傾角θ滿足μMgcosθ＝Mgsinθ時，不掛鉤碼時小車所受合外力為零，且與質量無關，此時輕推小車，勻速下滑．(2)打出計數點“1”時小車的速度v1＝eq\f(（2.06＋2.50）×10－2,0.2)m/s＝0.228m/s.(3)根據題表格中的數據，描點作圖，如圖所示，(4)由于W＝mgΔx，ΔEk＝FΔx，則有F＝eq\f(ΔEk,W)mg＝eq\f(4.24－2.00,4.50－2.14)×0.01×9.8N＝0.093N．2．(1)B(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算對)(4)遠大于3．(1)ADE(2)L2(3)系統誤差解析：(1)動能和質量有關，需要測量出小物塊的質量，然后就是測量小物塊的速度，小物塊拋出后做平拋運動，在水平方向上做勻速直線運動，v0＝eq\f(L,t)，L表示水平方向上的位移，即小物塊拋出點到落地點的水平距離，在豎直方向上做自由落體運動，有h＝eq\f(1,2)gt2，故測量時間需要測量下落的高度，故ADE正確．(2)根據h＝eq\f(1,2)gt2，v0＝eq\f(L,t)，可得veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝eq\f(L2,t2)＝eq\f(L2,\f(2h,g))＝eq\f(g,2h)L2，因為功與速度的平方成正比，所以功與L2成正比，故應以W為縱坐標、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誤差，故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系統誤差．4．(1)否1∶eq\r(2)∶eq\r(3)(2)CD解析：(1)小球每次平拋運動的時間相等，平拋初速度之比等于落地點到O點的水平距離之比，故不用測量斜槽水平部分的高度H；根據題意，三次釋放的合力做功之比為1∶2∶3，因此平拋的初速度的平方之比為1∶2∶3，平拋運動的水平位移之比為1∶eq\r(2)∶eq\r(3).(2)對全過程由動能定理有mgsinθx1－μmgcosθx1＝eq\f(1,2)mv2，平拋運動過程中，v2＝eq\f(gxeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),2H)，解得μ＝tanθ－eq\f(xeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),4Hcosθx1)，故CD正確．5．(1)毫米刻度尺(2)0.36(3)AD解析：(1)本實驗需要用毫米刻度尺測量紙帶上點和點之間的距離；(2)小車的最大速度即為小車離開橡皮筋后的速度，大小為v＝eq\f(d,t)＝eq\f(0.0072,0.02)m/s＝0.36m/