高中物理第七章机械能守恒定律课时自测基础达标7.6实验：探究功与速度变化的关系.docx

7.6 实验：探究功与速度变化的关系课时自测基础达标1.关于“探究动能定理”的实验,下列叙述正确的是 ()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.放小车的长木板应该尽量使其水平D.先接通打点计时器电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出【解析】选D。本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就足够了,选项A错误;每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致,只有这样才能保证以后每次实验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,否则,功的数值难以测定,选项B错误;小车运动过程中会受到阻力,只有使木板倾斜到一定程度,才能减小误差,选项C错误;实验时,应该先接通电源,让打点计时器开始工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,选项D正确。2.某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验,他的操作步骤:(1)按如图摆好实验装置,其中小车质量M=0.20 kg,钩码总质量m=0.05 kg。(2)释放小车,然后接通打点计时器的电源(电源频率为f=50 Hz),打出一条纸带。(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条,如图所示。把打下的第一点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1=0.041 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360 m,d6=0.480 m他把钩码重力(当地重力加速度g取10 m/s2)作为小车所受合力,算出打下0点到打下第5点合力做功W=_J(结果保留三位有效数字),打第5点时小车的动能Ek=_(用相关数据前字母列式),把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量,算得Ek=0.125 J。(4)此次实验探究的结果,他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”,且误差很大。通过反思,他认为产生误差的原因如下,其中正确的是()A.钩码质量太大,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B.没有平衡摩擦力,使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C.释放小车和接通电源的次序有误,使得动能增量的测量值比真实值偏小D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因【解析】(3)若用钩码的重力作为小车受的合力,则F合=mg=0.5 N,从0点到打第5点时水平位移x=d5=0.360 m,所以W=F合x=0.50.360 J=0.180 J。打第5点时小车动能Ek=M,v5=,式中t为5个时间间隔,即t=,故Ek=(d6-d4)2。(4)钩码向下加速运动时,细绳的拉力比钩码重力小,且钩码质量越大,这种差别越大,所以A正确;本实验应平衡小车的摩擦力,这样绳的拉力所做的功才近似等于小车动能的改变量,若未平衡摩擦力,误差会很大,所以B正确;释放小车和接通电源的次序有误,对纸带的有效使用有影响,对探究功和动能变化关系没有影响,故C错误;没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离,测量时有误差,但是误差不是很大,故D错误。所以A、B选项是正确的。答案:(3)0.180(d6-d4)2(4)A、B3.(2017江苏高考)利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0 g,钩码的质量为m=10.0 g,打点计时器的电源为50 Hz的交流电。导学号38026078(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到_。(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图乙所示。选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离x,记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v,其中打出计数点“1”时小车的速度v1=_m/s。(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,g取9.80 m/s2,利用W=mgx算出拉力对小车做的功W。利用Ek=Mv2算出小车动能,并求出动能的变化量Ek。计算结果如表所示。W/10-3 J2.452.923.353.814.26Ek/10-3 J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据,在方格纸上作出Ek-W图象。(4)实验结果表明,Ek总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=_N。【解析】(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到小车做匀速直线运动,即纸带上的点迹等距均匀。(2)v1=10-2 m/s=0.228 m/s。(3)如图所示(4)对钩码有mg-F=ma,a=10-2 m/s2,联立解得F=0.093 N。答案:(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)见解析图(4)0.093【补偿训练】1.(2017北京高考)如图甲所示,用质量为m的重物通过滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。(1)打点计时器使用的电源是_(选填选项前的字母)。A.直流电源 B.交流电源(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是_(选填选项前的字母)。A.把长木板右端垫高 B.改变小车的质量在不挂重物且_(选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A.计时器不打点B.计时器打点(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C各点到O点的距离为x1、x2、x3,如图乙所示。 实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg,从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=_,打B点时小车的速度v=_。(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作如图丙所示的v2-W图象。由此图象可得v2随W变化的表达式为_。根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是_。(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图丁中正确反映v2-W关系的是_ _。【解析】(1)打点计时器要使用交流电源,选B。(2)平衡摩擦力是把长木板右端垫高,让重力的分力与阻力相平衡,从而消除阻力对实验的影响,而纸带通过打点计时器的限位孔时,也会受到摩擦阻力,所以平衡摩擦力要在打点计时器打点的情况下进行。(3)实验中,将小车所受的拉力大小看作mg,所以从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功为mgx2;打B点的速度等于A、C间的平均速度,即vB=。(4)根据图象可求出直线的斜率为4.69,所以v2随W变化的表达式为v2=4.69W。功是能量转化的量度,功与能的单位相同,功的单位是J=Nm=kgm2/s2,动能的表达式中可能包含v2这个因子,v2的单位是m2/s2,比较功与v2的单位发现相差的是质量的单位,所以与图线斜率有关的物理量应是质量。(5)小车运动过程中,对小车和重物整体分析有mg=(M+m)a,对小车有T=Ma,解得小车受到的拉力为T=,小车受到的拉力与重物的重力成正比,小车受到的拉力做的功与小车速度的平方成正比,则重物重力做的功与小车速度的平方成正比,选A。答案:(1)B (2)AB (3)mgx2(4) v2=4.69W质量(5)A2.在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲所示)(1)下列说法哪一项是正确的 ()A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B.为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量C.实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分,选取O、A、B、C计数点,已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz,则打B点时小车的瞬时速度大小为_ _m/s(结果保留三位有效数字)。【解析】(1)平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力与摩擦力平衡,故不能挂钩码平衡摩擦力,A错误;本实验中,近似认为小车所受拉力等于钩码的重力,因此应使钩码的质量远小于小车的质量,B错误;实验时,为充分利用纸带,应使小车靠近打点计时器由静止释放,C正确。(2)vB= m/s=0.653 m/s答案:(1)C(2)0.6533.某同学验证动能定理的实验装置如图所示。水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨;导轨上A点处有一带遮光片(宽度为d)的长方形滑块,其总质量为M,实验步骤如下:安装好实验器材,给气垫导轨接上气源,然后读出拉力传感器的示数,记为F,同时从气垫导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离L。剪断细绳,让滑块滑向光电门,并记录滑块通过光电门的时间t。 多次改变滑块与光电门之间的距离,记录相应的L与t的值,结果如表所示:被测量量12345L(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.43(104 s-2)1.481.952.412.923.39试分析下列问题:(1)剪断细绳后,滑块开始加速下滑,则其受到的合外力为_。(2)剪断细绳后,在滑块从A运动至B的过程中,合外力对滑块、遮光片组成的系统做的功可表示为W=_,动能的增加量可表示为Ek=_;若动能定理成立,则在本实验中与L的关系式为=_。(3)以L为横坐标,为纵坐标,请在如图所示的坐标系中描点,并作出-L图象。根据你所作的图象,本实验_(选填“能”或“不能”)验证动能定理,理由是_。【解析】(1)剪断细绳前拉力传感器的示数便是剪断细绳后滑块沿斜面滑动所受到的合外力,即F。(2)合外力做的功为W=FL,动能的增加量为Ek=Mv2=M;由动能定理得FL=Mv2=M,解得=L。(3)所作的图象如图所示。由=L可知L,即与L是线性关系,从-L图象中可看出作出的图象为一条直线,因此该实验能验证动能定理。答案:(1)F(2)FLML(3)见解析能得到的实验图象为线性图象4.某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。(1)将气垫导轨调至水平,安装好实验器材,从图中读出两光电门中心之间的距离s=_cm。(2)测量挡光条的宽度d,记录挡光条通过光电门1和2所用的时间t1和t2,并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F,为了完成实验,还需要直接测量的一个物理量是_。(3)该实验_(选填“需要”或“不需要”)满足砝码盘和砝码的总质