針對訓練04 實驗《探究功與速度變化的關(guān)系》（原卷版）

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1、 《實驗：探究功與速度變化的關(guān)系》針對訓練 1．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

2、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)太少,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方法：______________________。 （4）他將鉤碼重力做的功當成細繩拉力做的功,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

3、離打點計時器太近 C．阻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 2．某實驗小組利用彈簧秤和刻度尺,測量滑塊在木板上運動的最大速度。 實驗步驟：①用彈簧秤測量橡皮泥和滑塊的總重力,記作G； ②將裝有橡皮泥的滑塊放在水平木板上,通過水平細繩和固定彈簧秤相連,如圖甲所示。在A端向右拉動木板,待彈簧秤示數(shù)穩(wěn)定后,將讀數(shù)記作F； ③改變滑塊上橡皮泥的質(zhì)量,重復步驟①②；實驗數(shù)據(jù)如表所示： G/N 1.50 2.00 2.50 3.50 4.00 F/N

4、0.59 0.83 0.99 1.37 1.61 ④如圖乙所示,將木板固定在水平桌面上,滑塊置于木板上左端C處,細繩跨過定滑輪分別與滑塊和重物P連接,保持滑塊靜止,測量重物P離地面的高度h； ⑤滑塊由靜止釋放后開始運動并最終停在木板上的D點（未與滑輪碰撞）,測量C、D間的距離s。 完成下列作圖和填空：（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在給定坐標紙上作出F－G圖線。 （2）由圖線求得滑塊和木板間的動摩擦因數(shù)μ＝________（保留兩位有效數(shù)字）。 （3）滑塊最大速度的大小v＝________（用h、s、μ和重力加速度g表示）。

5、 3．如圖甲所示,某組同學借用“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”的相關(guān)實驗思想、原理及操作,進行“探究合外力做功和動能變化的關(guān)系”的實驗： （1）為達到平衡阻力的目的,取下細繩和托盤,通過調(diào)節(jié)墊片的位置,改變長木板傾斜程度,根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做________運動。 （2）連接細繩及托盤,放入砝碼,通過實驗得到圖乙所示的紙帶。紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點,選取時間間隔為0.1 s的相鄰計數(shù)點A、B、C、D、E、F、G。實驗時小車所受拉力為0.2 N,小車的質(zhì)量為0.2 kg。 請計算小車所受合外力做的功W和小車動能的變化ΔEk,補填表中空格（結(jié)果保留至小數(shù)點后第四位）。

6、 O—B O—C O—D O—E O—F W/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5 ΔEk/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7 分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)W＝ΔEk,與理論推導結(jié)果一致。 （3）實驗前已測得托盤的質(zhì)量為7.7×10－3 kg,實驗時該組同學放入托盤中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為________kg（g取9.8 m/s2,結(jié)果保留至小數(shù)點后第三位）。 4．（多選）用如圖所示的裝置做“探究動能定理”的實驗時,下列說法正確的是 A．為了平衡

7、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．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 5．在做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗時,小車的質(zhì)量為m,使用橡皮筋6根,每次增加一根,實驗中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在下面表格中。 W v/m·s－1 v2/m2·s－2 0 0 0 1 0.80 0.64 2 1.10 1.21 3 1.28 1.64 4

8、1.53 2.34 5 1.76 3.10 6 1.89 3.57 （1）試在圖中作出相應(yīng)關(guān)系圖象。 （2）從圖象可以得出的實驗結(jié)論是_________________________。 6．某同學在探究功與物體速度變化的關(guān)系實驗中,設(shè)計了如圖所示的實驗。將紙帶固定在重物上,讓紙帶穿過電火花計時器或打點計時器。先用手提著紙帶,使重物靠近計時器靜止。然后接通電源,松開紙帶,讓重物自由下落,計時器就在紙帶上打下一系列小點。得到的紙帶如圖所示,O點為計時器打下的第1個點,該同學對數(shù)據(jù)進行了下列處理；取OA＝AB＝BC,并根據(jù)紙帶算出

9、了A、B、C三點的速度分別為vA＝0.12m/s,vB＝0.17m/s,vC＝0.21m/s。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷W∝v2? 7．某興趣小組準備探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”,實驗前組員們提出了以下幾種猜想： ①W∝v；②W∝v2；③W∝。為了驗證猜想,他們設(shè)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,小剛同學提出“不需要測出物體質(zhì)量,只要測出物體初始位置到速度傳感器的距離L和讀出速度傳感器的讀數(shù)v就行了”,大家經(jīng)過討論采納了小剛的建議。

10、 （1）請你說明小剛建議的理由： _______________。 （2）讓物體分別從不同高度無初速釋放,測出物體初始位置到速度傳感器的距離L1、L2、L3、L4…,讀出物體每次通過Q點的速度v1、v2、v3、v4…,并繪制了如圖乙所示的L－v圖像。若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系,他們下一步應(yīng)該作出________。 A．L－v2圖像　　　　B．L－圖像 C．L－圖像 D．L－圖像 （3）實驗中,木板與物體間摩擦力________（“會”或“不會”）影響探究的結(jié)果。 8．在“探究動能定理”的實驗中,某實驗小組采用如圖甲所示的裝

11、置,在水平氣墊導軌上安裝了兩個光電門M、N,滑塊上固定一遮光條,細線繞過定滑輪與滑塊、力傳感器相連,力傳感器下方懸掛鉤碼,已知遮光條的寬度為d,滑塊和遮光條的總質(zhì)量為m。 （1）接通氣源,滑塊從A位置由靜止釋放,讀出遮光條通過光電門M、N的時間分別為t1、t2,力傳感器的示數(shù)為F,改變鉤碼質(zhì)量,重復上述實驗。 ①為探究在M、N間運動過程中細線拉力對滑塊做的功W和滑塊動量增量ΔEk的關(guān)系,還需要測量的物理量為______________________（寫出名稱及符號）； ②利用實驗中直接測量的物理量表示需探究的關(guān)系式為______________________。 （2）保持鉤碼的

12、質(zhì)量不變,改變光電門N的位置,重復實驗,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出從M到N的過程中細線拉力對滑塊做的功W與滑塊到達N點時速度的二次方v2的關(guān)系圖象,如圖乙所示,則圖線的斜率表示____________________,圖線在橫軸上的截距表示_________________。 （3）下列不必要的實驗操作和要求有________。 A．測量鉤碼的質(zhì)量 B．調(diào)節(jié)氣墊導軌水平 C．調(diào)節(jié)滑輪細線與氣墊導軌平行 D．保證滑塊質(zhì)量遠大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量 9．如圖所示,汽車已成為人們外出的重要交通工具之一,評價汽車性能的主要指標有動力性、經(jīng)濟性、穩(wěn)

13、定性、制動性等,其中制動性主要是指在良好的路面上,汽車迅速降低車速直到停車的距離,表中記錄的是汽車以不同速率行駛時,制動后所經(jīng)過的距離。請根據(jù)表中的數(shù)據(jù),用圖象分析推斷克服阻力做功與汽車速率變化之間的關(guān)系。 汽車速率v/（km·h－1） 制動距離s/m 10 1 20 4 40 16 50 25 60 36 10．用如圖所示的裝置,探究功與物體速度變化的關(guān)系。實驗時,先適當墊高木板,然后由靜止釋放小車,小車在橡皮筋彈力的作用下被彈出,沿木板滑行。小車滑行過程中帶動通過打點計時器的紙帶,記錄其運動情況。觀察

14、發(fā)現(xiàn)紙帶前面部分點跡疏密不勻,后面部分點跡比較均勻,回答下列問題： （1）適當墊高木板是為了________。 （2）通過紙帶求小車速度時,應(yīng)使用紙帶的____（選填“全部”“前面部分”或“后面部分”）。 （3）若實驗做了n次,所用橡皮筋分別為1根、2根…n根,通過紙帶求出小車的速度分別為v1、v2…vn用W表示橡皮筋對小車所做的功,作出的W－v2圖線是一條過坐標原點的直線,這說明W與v的關(guān)系是________ 。 11．某實驗小組用圖實驗裝置探究合力做功與動能變化的關(guān)系。鐵架臺豎直固定放置在水平桌面上,長木板一端放置在水平桌面邊緣P處,另一端放置在鐵架臺豎直

15、鐵桿上,使長木板傾斜放置,長木板P處放置一光電門,用光電計時器記錄滑塊通過光電門時的擋光時間。實驗步驟是： a．用游標卡尺測出滑塊的擋光寬度L,用天平測量滑塊質(zhì)量m。 b．平衡摩擦力：以木板放置在水平桌面上的P處為軸,調(diào)節(jié)長木板在鐵架臺上的放置位置,使滑塊恰好沿木板向下做勻速運動。在鐵架臺豎直桿上記下此位置Q1,用刻度尺測出Q1到水平面的高度H。 c．保持P位置不變,長木板一端放置在鐵架臺豎直桿Q2上。用刻度尺量出Q1Q2的距離h1,將滑塊從Q2位置由靜止釋放,由光電門計時器讀出滑塊的擋光時間t1。 d．保持P位置不變,重新調(diào)節(jié)長木板一端在鐵架臺上的放置位置,重復步驟c數(shù)次?；瑝K沿

16、長木板由Q2運動到P的過程中,用測量的物理量回答下列問題（重力加速度已知為g）； （1）滑塊通過光電門時的動能Ek＝_______。 （2）滑塊克服摩擦力做的功Wf＝________。 （3）合力對滑塊做的功W合＝________。 （4）某學生以鐵架臺豎直桿上的放置位置到Q1的距離h為橫坐標,以滑塊通過光電門的擋光時間平方倒數(shù)為縱坐標,根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標中描點畫出如圖所示直線,直線延長線沒有過坐標原點,其原因主要是_________。 12．某實驗小組的同學欲“探究小車動能變化與合外力對它所做功的關(guān)系”,在實驗室設(shè)計了一套如圖甲所示的裝置,圖

17、中A為小車,B為打點計時器,C為彈簧測力計,P為小桶（內(nèi)有砂子）,一端帶有定滑輪的足夠長的木板水平放置,不計繩與滑輪的摩擦。實驗時,先接通電源再松開小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點。 （1）該同學在一條比較理想的紙帶上,將點跡清楚的某點記為零點,順次選取一系列點,分別測量這些點到零點之間的距離s,計算出它們與零點的速度平方差Δv2＝v2－v02,彈簧測力計的讀數(shù)為F,小車的質(zhì)量為m,然后建立Δv2－x坐標系,通過描點法得到的圖像是一條過原點的直線,如圖乙所示,則這條直線的斜率的意義為________________。（填寫表達式） （2）若測出小車質(zhì)量為0.4 kg,結(jié)合圖像可求得

18、小車所受合外力的大小為________N。 13．某同學根據(jù)機械能守恒定律,設(shè)計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系。 砝碼質(zhì)量（g） 50 100 150 彈簧長度（cm） 8.62 7.63 6.66 （1）如圖（a）,將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺,在上端的托盤中依次增加砝碼,測量相應(yīng)的彈簧長度,部分數(shù)據(jù)如下表。由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k＝__________N/m。（g取9.80 m/s2） （2）取下彈簧,將其一端固定于氣墊導軌左側(cè),如圖（b）所示；調(diào)整導軌使滑塊自由滑動時,通過兩個光電門的速度大小________。 （3）用滑塊壓縮彈簧

19、,記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊,記錄滑塊脫離彈簧后的速度v。釋放滑塊過程中,彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為________。 （4）重復（3）中的操作,得到v與x的關(guān)系如圖（c）,由圖可知,v與x成________關(guān)系。由上述實驗可得結(jié)論：對同一根彈簧,彈性勢能與彈簧的________成正比。 14．用圖甲所示裝置探究“做功與物體速度變化的關(guān)系”,A、B是固定在長直木板上的兩個鐵釘。實驗時,小車在橡皮筋的作用下彈出,沿木板滑行,通過改變橡皮筋的條數(shù)改變做功的多少,再根據(jù)紙帶上的打點確定小車對應(yīng)運動的速度,進而探究做功與物體速度變化的關(guān)系。 （1）關(guān)于該實驗的下列

20、說法中,正確的有________． A．需要測出小車的質(zhì)量m B．需要選擇相同的橡皮筋進行實驗 C．需要測出每根橡皮筋對小車所做的功W D．改變橡皮筋條數(shù)時小車必須從同一位置由靜止釋放 （2）實驗中得到一根紙帶如圖乙所示,1、2、3…是按時間先后順序標出的計數(shù)點（每兩個相鄰計數(shù)點間還有4個打點未畫出）,造成圖乙各計數(shù)點間距不相等的原因可能是________。由圖乙所示的紙帶可知,該小車達到最大速度時,橡皮筋的伸長量________（選填“大于零”或“等于零”）。 （3）該小組用新、舊兩組橡皮筋分別做實驗,正確實驗操作得到橡皮筋的條數(shù)n與小車對應(yīng)速度v

21、的多組數(shù)據(jù),作出v2－n的圖象如圖丙中的C、D所示,則用新橡皮筋得出的圖象是________（選填“C”或“D”）,根據(jù)該圖象可以得出的結(jié)論是________。 15．某研究小組設(shè)計了一種“用一把刻度尺測量質(zhì)量為m的小物塊Q與平板P之間動摩擦因數(shù)”的實驗方案,實驗裝置如圖甲所示。 AB是半徑足夠大的四分之一圓弧軌道,與水平固定放置P板的上表面BC在B點相切,C點在水平地面的垂直投影為C′。重力加速度為g。實驗步驟如下： ①用刻度尺測量BC長度為L和CC′高度為h； ②先不放置平板P（如圖乙）使圓弧AB的末端B位于C′的正上方,將物塊Q在A點由靜止釋放,在物塊

22、Q落地處標記其落地點D；③重復步驟②,共做10次； ④用半徑盡量小的圓將10個落地點圍住,用毫米刻度尺測量圓心到C′的距離s； ⑤放置平板P（如圖甲）,將物塊Q由同一位置A由靜止釋放,在物塊Q落地處標記其落地點D′； ⑥重復步驟⑤,共做10次； ⑦用半徑盡量小的圓將10個落地點圍住,用毫米刻度尺測量圓心到C′的距離l。 （1）實驗步驟③④的目的是____________________。 （2）用實驗中的測量量表示：物塊Q滑到B點時的動能EkB＝________。 （3）物塊Q與平板P之間的動摩擦因數(shù)μ＝________。 （4）已知實驗測得的μ值與實際值不等,其原因除了實驗中

23、測量的誤差之外,其他的原因可能是_________________________（寫出一個可能的原因即可）。 16．為了探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系,現(xiàn)提供如圖所示的器材,讓小車在橡皮筋的作用下彈出后,沿木板滑行,請思考并回答下列問題（打點計時器交流電頻率為50 Hz）： （1）為了消除摩擦力的影響應(yīng)采取什么措施？______________________________________________ （2）當我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……并起來進行第1次、第2次、第3次……實驗時,每次實驗中橡皮筋

24、拉伸的長度都應(yīng)保持一致,我們把第1次實驗時橡皮筋對小車做的功記為W。 （3）由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點計時器和紙帶測出,如下圖所示是其中四次實驗打出的部分紙帶。 （4）試根據(jù)（2）、（3）中的信息,填寫下表. 次數(shù) 1 2 3 4 橡皮筋對小車做的功 W 小車速度v（m/s） v2（m2/s2） 從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：______________。 17．為了“探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系”,查資料得知,彈簧的彈性勢能Ep＝kx2,其中k是彈簧的勁度系

25、數(shù),x是彈簧長度的變化量．某同學就設(shè)想用壓縮的彈簧推靜止的小球（質(zhì)量為m）運動來探究這一問題。為了研究方便,把小球放在水平桌面上的實驗,讓小球在彈力作用下運動,即只有彈簧彈力做功。該同學設(shè)計實驗如下： （1）首先進行如圖甲所示的實驗：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來,在彈簧的另一端掛上小球,靜止時測得彈簧的伸長量為d。 （2）在此步驟中,目的是要確定物理量________,用m、d、g表示為________。 （2）接著進行如圖乙所示的實驗：將這根彈簧水平放在桌面上,一端固定,另一端被小球壓縮,測得壓縮量為x,釋放彈簧后,小球被推出去,從高為h的水平桌面上拋出,小球在空中運動的水平距離為L。 小球

26、的初動能Ek1＝________。 小球離開桌面的動能Ek2＝________。 彈簧對小球做的功W＝________（用m、x、d、g表示）。 對比W和Ek2－Ek1就可以得出“外力做功與物體動能變化的關(guān)系”。 18．某學習小組在“探究功與速度變化關(guān)系”的實驗中采用了如下圖所示的實驗裝置． （1）將氣墊導軌接通氣泵,通過調(diào)平螺絲調(diào)整氣墊導軌使之水平,檢查是否調(diào)平的方法是___________。 （2）如下圖所示,游標卡尺測得遮光條的寬度Δd＝________cm；實驗時,將橡皮條掛在滑塊的掛鉤上,向后拉伸一定

27、的距離,并做好標記,以保證每次拉伸的距離恒定．現(xiàn)測得掛一根橡皮條時,滑塊彈離橡皮條后,經(jīng)過光電門的時間為Δt,則滑塊最后勻速運動的速度表達式為________（用字母表示）。 （3）逐根增加橡皮條,記錄每次遮光條經(jīng)過光電門的時間,并計算出對應(yīng)的速度。則畫出的W－v2圖象應(yīng)是____________。 19．物體在空中下落的過程中,重力做正功,物體的動能越來越大,為了探究重力做功和物體動能變化的定量關(guān)系,我們提供了如圖所示的實驗裝置。 （1）某同學根據(jù)所學的知識結(jié)合上圖設(shè)計了一個本實驗情境的命題： 如圖所示,測量質(zhì)量為m的小球在重力

28、mg作用下從開始端自由下落至光電門處發(fā)生的①________,通過光電門時的②________,探究重力做的功③________與小球動能變化量④________的定量關(guān)系．請在①②空格處填寫物理量的名稱和對應(yīng)符號,在③④空格處填寫數(shù)學表達式。 （2）某同學根據(jù)上述命題進行如下操作并測出如下數(shù)據(jù)：（取g＝10 m/s2） ①用天平測出小球的質(zhì)量為0.50 kg； ②用游標卡尺測出小球的直徑為10.00 mm。 ③用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為80.80 cm； ④電磁鐵先通電,讓小球吸在開始端； ⑤電磁鐵斷電時,小球自由下落； ⑥在小球經(jīng)過光電門時,計時裝置記下小球經(jīng)過光電門所用時間為2.50×10－3 s,由此可算出小球經(jīng)過光電門時的速度為________m/s； ⑦計算得出重力做的功為________J,小球動能變化量為________J。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字） （3）試根據(jù)（2）對本實驗得出結(jié)論：______________。 知識改變命運 15