高中物理 模块五 功与能 考点8 实验：探究功与速度变化关系试题.doc

考点8 实验：探究功与速度变化关系基本实验要求及实验数据处理实验方案一1.实验原理重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时，可以把重物所受的重力当作小车受到的牵引力.如图1所示.改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.2.实验器材小车、一端带滑轮的长木板、砝码、钩码、天平、打点计时器、纸带、刻度尺等.3.实验步骤(1)垫高木板不带滑轮的一端，平衡摩擦力.(2)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端、用细线绕过滑轮连接小车和钩码.(3)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时器电源.(4)改变钩码的数量，更换纸带重复进行操作.4.注意事项(1)实验前必须首先平衡摩擦力.(2)必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力，这时钩码重力才近似等于小车所受的合外力.5.数据处理(1)小车受到的合外力f：大小近似等于所挂钩码的重力mg，故用天平测出钩码的质量m可求fmg.(2)通过纸带测小车的位移l(3)求出合力对小车做的功wflmgl(4)通过纸带求出对应位移l时，小车获得的速度v.6.结论研究w与v的关系，发现合力对小车做的功w与小车速度的平方成正比，即满足wv2.实验方案二1.实验原理(如图所示) (1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功为w.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功应为2w.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离x做功应为3w.(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系.2.实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、刻度尺、铁钉等.3.实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力.(2)拉伸的橡皮筋对小车做功：用一条橡皮筋拉小车做功w.用两条橡皮筋拉小车做功2w.用三条橡皮筋拉小车做功3w.(3)测出每次做功后小车获得的速度.(4)分别用各次实验测得的v和w绘制wv或wv2、wv3、图象，直到明确得出w和v的关系.4.实验注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡.方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角.(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分.(3)橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值.(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些.5.实验探究的技巧与方法(1)不直接计算w和v的数值，而只是看第2次、第3次实验中的w和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理.(2)做wv图象，或wv2、wv3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线.6.实验结论物体速度v与外力做功w间的关系：w与v2成正比.考点一 实验原理与实验操作1. 某实验小组用如图3所示的实验装置和实验器材做“探究做功与物体速度变化的关系”实验，在实验中，该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力.(1) 为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是_.b. 实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作c. 实验操作时要先放小车，后接通电源d. 在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好e. 在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有_.(3)如图为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的a、b两点来探究“功与速度变化的关系”.已知打点计时器的打点周期为t，重力加速度为g.图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为m，砂和砂桶的总质量为m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来_.【答案】(1)ad(2)刻度尺、天平(3)mgx2. 某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系.此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等.组装的实验装置如图所示.(1) 若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_.(2) 实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行.他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号).a. 避免小车在运动过程中发生抖动b. 可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰c. 可以保证小车最终能够实现匀速直线运动d. 可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3) 平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_.(4) 他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些.这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号).a. 在接通电源的同时释放了小车b. 小车释放时离打点计时器太近c. 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉d. 钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力【答案】(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)d(3)可在小车上加适量砝码(或钩码)(4)cd3. 用如图所示的装置做“探究做功与物体速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是_.a. 为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动b. 每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样c. 可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值d. 可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值e. 实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源f. 通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度g. 通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度【答案】abcf4. 某学习小组做“探究做功与物体速度变化的关系”的实验如图7所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，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(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根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算.(1) 除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)电源.(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是()b. 放开小车，能够自由下滑即可c. 放开小车，能够匀速下滑即可d. 放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可e. 放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3) 若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是()f. 橡皮筋处于原长状态g. 橡皮筋仍处于伸长状态h. 小车在两个铁钉的连线处i. 小车已过两个铁钉的连线j. 在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量(根据如图8所示的纸带回答).【答案】(1)交流(2)d(3)b(4)gj考点二数据处理与误差分析5. 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器来探究做功与物体速度变化的关系.如图9所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的a、b两点各安装一个速度传感器，记录小车通过a、b时的速度大小.小车中可以放置砝码.(1) 实验主要步骤如下： 测量_和拉力传感器的总质量m1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需装置. 将小车停在c点，接通电源，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过a、b时的速度. 在小车中增加砝码，或_，重复的操作.(2) 如表所示是他们测得的一组数据，其中m是m1与小车中砝码质量之和，|vv|是两个速度传感器所记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ek，f是拉力传感器受到的拉力，w是f在a、b间所做的功.表格中的ek3_j，w3_j.(结果保留三位有效数字)a.数据记录表次数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. 根据表中数据在图中作出ekw图线.【答案】(1)小车然后释放小车减少砝码 (2)0.6000.610(3)见解析图6. 如图所示是某研究性学习小组做探究做功与物体速度变化的关系的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形.这时，橡皮筋对小车做的功记为w.当我们把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，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放.小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出.(1) 除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有_；(2) 平衡摩擦力后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量；(3) 下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；橡皮筋做的功10个间距的距离x(m)10个间距的时间t(s)小车获得的速度vn小车速度的平方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)从理论上讲，橡皮筋做的功wn和物体速度vn变化的关系应是wn_，请你根据表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性.【答案】(1)刻度尺(2)点距均匀(3)2w3w4w5w(4)v图象见解析7. 某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究功与速度变化的关系”实验，在实验中，该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是 a. 实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作b. 实验操作时要先放小车，后接通电源c. 在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好d. 在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有 (3)如图所示，为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的a、b两点来探究功与速度变化的关系已知打点计时器的打点周期为t，重力加速度为g图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为m，砂和砂桶的总质量为m请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来 【答案】(1)ad (2)刻度尺、天平 (3) 8. “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的作用下弹出时，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(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、 （填测量工具）和 电源（填“交流”或“直流”）(2)实验中木板略微倾斜，这样做 a. 是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑b. 是为了增大小车下滑的加速度c. 可使得橡皮筋做的功等于合外力对小车做的功d. 可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(3)某同学在做利用橡皮筋探究功与速度变化关系的实验时，拖着纸带的小车在橡皮筋的作用下由静止运动到木板底端，在此过程中打点计时器在纸带上打下的相邻点间的距离变化情况是 a始终是均匀的b先减小后增大a 先增大后减小 d先增大后均匀不变(4)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法中正确的是 a橡皮筋处于原长状态 b橡皮筋仍处于伸长状态c小车在两个铁钉的连线处 d小车已过两个铁钉的连线(5)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车把第1次只挂1条橡皮筋对小车做的功记为w，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2w，；橡皮筋对小车做功后而获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出根据第4次实验的纸带（如图2所示）求得小车获得的速度为 m/s(6) 若根据多次测量数据画出的wv图象如图所示，根据图线形状可知，对w与v的关系作出猜想肯定不正确的是 2.aw bw cwv2 dwv3(7)如果wv2的猜想是正确的，则画出的wv2图象应是 【答案】(1)毫米刻度尺 交流 (2)cd (3)d (4)b (5)2 (6)ab (7) 过原点的一条直线考点三 实验的创新与拓展3. 利用图装置可以做力学中的许多实验，(1)以下说法正确的是 a. 用此装置“研究匀变速直线运动”时，必须设法消除小车和滑轨间的摩擦阻力的影响b. 用此装置“研究匀变速直线运动”时，应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量c. 用此装置还可以用来探究“恒力做功与动能改变量的关系”d. 用此装置“探究加速度a与力f的关系”应使小盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量(2)本装置中要用到打点计时器，如图2所示为实验室常用的两种计时器，其中甲装置用的电源要求是 a交流220v b直流220v c交流46v d直流46v(3)在利用此装置“探究加速度a与力f的关系”时，实验中按规范操作打出的一条纸带的一部分如图已知打点计时器接在频率为50hz的交流电源上，则此次实验中打点计时器打下a 点时小车的瞬时速度为 m/s2（结果保留2位有效数字）【答案】(1)cd (2)a (3)0.524. 在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，某探究小组的同学们通过讨论提出了以下几种猜想：wv，wv2，w，。为了验证猜想，他们设计了如图甲所示的实验装置。pq为一块倾斜放置的木板，在q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过q点的速度)。在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议。(1) 本实验中不需要测量物体的质量，理由是什么？_。(2) 让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初位置到速度传感器的距离l1、l2、l3、l4，读出物体每次通过速度传感器q的速度v1、v2、v3、v4，并绘制了如图乙所示的lv图象。根据绘制出的lv图象，若为了更直观地看出l和v的变化关系，他们下一步应该作出_。al图象 bl图象b l 图象 dlv2图象(3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？_。【答案】(1)因为wek，wmg(sin cos )l，ekmv2，等式两边都有m，所以探究w与v的关系时可以不测量质量m(2)d(3)不会5. 某同学利用如图所示的装置探究做功与物体速度变化的关系.a. 小物块在1条橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为m1；b. 在钉子上分别套上2条、3条、4条同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤，小物块落点分别记为m2、m3、m4；c. 测量相关数据，进行数据处理.d. 为求出小物块抛出时的动能，需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号).b 小物块的质量mc 橡皮筋的原长xd 橡皮筋的伸长量xe 桌面到地面的高度hf 小物块抛出点到落地点的水平距离l(5)将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为w1、w2、w3、，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为l1、l2、l3、.若功与速度的二次方成正比，则应以w为纵坐标、_为横坐标作图，才能得到一条直线.(6)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于_(选填“偶然误差”或“系统误差”).【答案】(4)ade(5)l2(6)系统误差6. 某学习小组利用如图所示的装置探究做功与