高三物理 专题5《机械能和能源》实验6探究外力做功与物体动能变化的关系复习测试

用心 爱心 专心 1 实验实验 6 6 探究外力做功与物体动能变化的关系探究外力做功与物体动能变化的关系 例例 1 1 某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中 设计了如图实 a 所示的实验 将纸带固定在重物 上 让纸带穿过电火花计时器或电磁打点计时器 先用手提着纸带 使重物静止在靠近计时器的地方 然后接 通电源 松开纸带 让重物自由下落 计时器就在纸带上打出一系列小点 得到的纸带如图 b 所示 O 点为 计时器打下的第 1 个点 该同学对数据进行了下列处理 取 OA AB BC 并根据纸带算出了 A B C 三点的 速度分别为 vA 0 12 m s vB 0 17 m s vC 0 21 m s 根据以上数据你能否大致判断 W v2 答案答案 能 例例 2 2 为了探究外力对物体做功与物体速度变化的关系 现提供如图实所示的器材 让小车在橡皮筋的作用 下弹出后 沿木板滑行 请思考探究思路并回答下列问题 打点计时器所用交流电频率为 50 Hz 1 为了消除摩擦力的影响应采取什么措施 2 当我们分别用同样的橡皮筋 1 条 2 条 3 条 并起来进行第 1 次 第 2 次 第 3 次 实验时 每次 实验中橡皮筋拉伸的长度应都保持一致 我们把第 1 次实验时橡皮筋对小车做的功记为 W 由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可 以由打点计时器和纸带测出 如图实所示是其中 四次实验打出的部分纸带 用心 爱心 专心 2 试根据第 项中的信息 填写下表 从表中数据可得出结论 答案答案 1 可将木板一端垫高 使重力沿斜面的分力与摩擦力平衡 2 3 橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比 例例 3 3 探究能力是进行物理学研究的重要能力之一 物体因绕轴转动而具有的动能叫转 动动能 转动动能的大小与物体转动的角速度有关 为了研究某一砂轮的转动动能 Ek与 角速度 的关系 某同学采用了下述实验方法进行探索 如图实所示 先让砂轮由动力带 动匀速旋转 测得其角速度 然后让砂轮脱离动力 由于克服转轴间摩擦力做功 砂轮最后停下 测出砂轮 脱离动力到停止转动的圈数 n 通过分析实验数据 得出结论 经实验测得的几组 和 n 如下表所示 另外已测试砂轮转轴的直径为 1 cm 转轴间的摩擦力为 10 N 1 计算出砂轮每次脱离动力的转动动能 并填入上表中 2 由上述数据推导出该砂轮的转动动能 Ek与角速度 的关系式为 3 若测得脱离动力后砂轮的角速度为 2 5 rad s 则它转过 45 圈时的角速度为 rad s 答案答案 1 见下表格 2 Ek 2 2 3 2 用心 爱心 专心 3 1 在做 探究外力做功与物体动能变化的关系 的实验时 发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能 造 成这种现象的原因是 A 选用的重锤质量过大B 选用的重锤质量过小 C 空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力D 实验时操作不够细 实验数据测量不准确 答案答案 C 2 在 探究功与物体速度变化的关系 的实验中 某同学是用下面的方法和器材进行实验的 放在长木板上的 小车由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动 小车拉动固定在它上面的纸带 纸带穿过打 点计时器 关于这一实验 下列说法中正确的是 A 长木板要适当倾斜 以平衡小车运动中受到的阻力 B 重复实验时 虽然用到橡皮筋的条数不同 但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同 C 利用纸带上的点计算小车的速度时 应选用纸带上打点最密集的部分进行计算 D 利用纸带上的点计算小车的速度时 应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算 答案答案 ABD 3 在 探究恒力做功与动能改变的关系 实验中 某实验小组采用如图实甲所示的装置 实验步骤如下 把纸带的一端固定在小车的后面 另一端穿过打点计时器 改变木板的倾角 以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力 用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连 接通电源 放开小车 让小车拖着纸带运动 打点计时器就在纸带上打下一系列的点 测出 s s1 s2 如 图乙所示 查得打点周期为 T 判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是 本实验还需 直接测量的物理量是 并用相应的符号表示 用心 爱心 专心 4 探究结果的表达式是 用相应的符号表示 答案答案 纸带上点迹间距相等 小车的质量 M 砂及砂桶的质量 m mgs 2122 2 2 1 2 2 1 T s M T s M 4 为了 探究外力做功与物体动能变化的关系 查资料得知 弹簧的弹性势能 Ep 2 2 1 kx 其中 k 是弹簧的劲 度系数 x 是弹簧长度的变化量 某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球 质量为 m 运动来探究这一问题 为了研究方便 把小铁球 O 放在水平桌面上做实验 让小铁球 O 在弹力作用下运动 即只有弹簧推力做功 该同学设计实验如下 首先进行如图实甲所示的实验 将轻质弹簧竖直挂起来 在弹簧的另一端挂上小铁球O 静止时测得弹簧的伸长 量为d 在此步骤中 目的是要确定物理量 用 m d g 表示为 接着进行如图乙所示的实验 将这根弹簧水平放在桌面上 一端固定 另一端被小铁球 O 压缩 测得压缩量为 x 释放弹簧后 小铁球 O 被推出去 从高为 h 的水平桌面上抛出 小铁球 O 在空中运动的水平距离为 L 小铁球 O 的初动能 Ek1 小铁球 O 的末动能 Ek2 用 m h L g 表示 弹簧对小铁球 O 做的功 W 用 m x d g 表示 对比 W 和 Ek2 Ek1就可以得出 外力做功与物体动能变化的关系 即在实验误差允许范围内 外力所做的 功等于物体动能的变化 答案答案 弹簧的劲度系数 k d mg 0 h mgL 4 2 d mgx 2 2 5 物体沿斜面下滑时动能可能发生变化 某实验小组为了探究滑块由静止开始沿斜面匀加速下滑 过程中动能变化与哪些因素有关 利用如图实所示的斜面和滑块 A 做实验 进行了相应的探究 1 请说出实验中可能影响滑块 A 动能变化的两个实验条件 2 请设计一实验方案 能直观地反映滑块 A 滑至斜面底端 N 处动能大小的不同 例如 方案甲 在斜面底端 N 处水平放置一平板 使连接处足够平滑 然后在 N 处放另一质量较小的滑块 B 滑块 A 滑至 N 处的动能越大 则滑块 B 被碰后在平面上滑行得越远 你设计的方案乙 3 该实验小组利用上述 方案甲 进行实验 并用速度传感器和刻度尺分别测得滑块 B 在 N 处被碰后的 用心 爱心 专心 5 初速度 vN的大小与滑行距离 s 大小对应关系的四组数据 见下表 请在图实中用图象法求出滑块 B 与水平面之间的 动摩擦因数 答案答案 1 写出影响滑块 A 在下滑过程中动能变化的两个条件 例如 斜面的粗糙程度 或摩擦因数 或摩 擦力 斜面的倾角大小 或高度 2 观察滑块 A 在与斜面平滑连接的水平面上滑行位移越大 动能越大 或滑块 A 平抛落地水平位移大 动 能越大 或沿平滑连接的斜面 弧形面上滑高度越高 说明动能越大 或观察滑块 A 从斜面上不同位置滑到 N 位置时 与会发生明显形变的障碍物 如海绵 沙子 弹簧 橡皮泥 弹性网等 作用 通过