【優(yōu)化方案】2020浙江高考物理總復(fù)習(xí) 第5章 實(shí)驗(yàn)五探究功與速度變化的關(guān)系知能優(yōu)化演練 大綱人教版

探究功與速度變化的關(guān)系 1．關(guān)于“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是(　　) A．每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值 B．每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致 C．放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平 D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 解析：選D.本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有必要測(cè)出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要測(cè)出以后每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足夠了，A錯(cuò)；每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必須保持一致，只有這樣才能保證以后每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋做的功是第一次的整數(shù)倍，否則，功的數(shù)值難以測(cè)定，B錯(cuò)；小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到阻力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，C錯(cuò)；實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，D正確． 2．在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，每次選取紙帶后，我們應(yīng)選取紙帶上的哪些點(diǎn)來(lái)求小車的速度(　　) A．間距均勻的點(diǎn) B．間距不均勻的點(diǎn) C．間距均勻的與不均勻的都可 D．最好是間距均勻的，若紙帶上沒(méi)有間距均勻的，也可用間距不均勻的 解析：選A.橡皮筋完全恢復(fù)后不再有力對(duì)小車做功，小車做勻速運(yùn)動(dòng)，紙帶上的點(diǎn)間距變的均勻，故A對(duì)，B、C錯(cuò)；若紙帶上沒(méi)有間距均勻的點(diǎn)說(shuō)明紙帶太短，橡皮筋還沒(méi)完全恢復(fù)原狀紙帶已完全通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，這種情況下應(yīng)選用更長(zhǎng)的紙帶，或者是因?yàn)槟Σ亮](méi)被平衡掉，故D錯(cuò)． 3．(2020年江蘇徐州調(diào)研)在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，若畫出W－v的圖象，應(yīng)為圖5－5－8中的哪個(gè)圖(　　) 圖5－5－8 解析：選B.通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，做的功W與小車速度v2成正比，故與v應(yīng)是二次函數(shù)關(guān)系，故B正確，A、C、D均錯(cuò)． 4．在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到一條如圖5－5－9所示的紙帶，這條紙帶上的點(diǎn)兩端較密，中間稀疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是(　　) 圖5－5－9 A．電源的頻率不穩(wěn)定 B．木板傾斜的程度太大 C．沒(méi)有使木板傾斜或傾斜角太小 D．小車受到的阻力較大 解析：選CD.可能是沒(méi)有平衡摩擦力或平衡不夠，故C、D正確． 5．(2020年富陽(yáng)二中檢測(cè))如圖5－5－10所示為在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的一系列的點(diǎn)，打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s，小車運(yùn)動(dòng)情況A、B之間可描述為_(kāi)_______________運(yùn)動(dòng)，C、D之間可描述為_(kāi)_______________運(yùn)動(dòng)．小車離開(kāi)橡皮筋后的速度為_(kāi)_______m/s. 圖5－5－10 解析：由A到B的點(diǎn)跡可以看出點(diǎn)的距離越來(lái)越大，因時(shí)間相同，可知A、B間小車做加速度逐漸減小的加速直線運(yùn)動(dòng)，C、D間為勻速直線運(yùn)動(dòng)， 小車離開(kāi)橡皮筋后的速度v＝＝ m/s＝0.36 m/s. 答案：加速度逐漸減小的加速直線　勻速直線　0.36 6．科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)離不開(kāi)科學(xué)探究，而科學(xué)探究可以分為理論探究和實(shí)驗(yàn)探究．下面我們追尋科學(xué)家的研究足跡用實(shí)驗(yàn)探究恒力做功和物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系． (1)某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖5－5－11所示，該實(shí)驗(yàn)用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為此，實(shí)驗(yàn)時(shí)在安裝正確、操作規(guī)范的前提下(已平衡摩擦力)還需要滿足的條件是：________________________________________________________________________ ________. 圖5－5－11 (2)如圖5－5－12所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是該同學(xué)確定的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，距離如圖．則打C點(diǎn)時(shí)小車的速度為_(kāi)_______；要驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系，除位移、速度外，還要測(cè)出的物理量有________________________________． 圖5－5－12 解析：(1)只有鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力時(shí)，才能近似認(rèn)為小車受到的拉力等于鉤碼的重力； (2)C點(diǎn)的速度等于BD段的平均速度，故vC＝； 要驗(yàn)證合外力做的功和動(dòng)能變化間的關(guān)系，需要測(cè)出小車受到的拉力大小(鉤碼的重力)和小車位移(W＝Fx)，以及小車的質(zhì)量和速度(Ek＝mv2)，所以還需要測(cè)出鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量． 答案：(1)鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力 (2)　鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量 7．某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲驗(yàn)證“功與速度變化的關(guān)系”，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組裝了一套如圖5－5－13所示的裝置，另外他們還找到了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用的學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊、細(xì)沙．當(dāng)滑塊連接上紙帶，用細(xì)線通過(guò)滑輪掛上空的小沙桶時(shí)，釋放小桶，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)．若你是小組中的一位成員，要完成該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，則： 圖5－5－13 (1)你認(rèn)為還需要的實(shí)驗(yàn)器材有___________________________________________． (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等，沙和沙桶的總質(zhì)量應(yīng)滿足的實(shí)驗(yàn)條件是________________________，實(shí)驗(yàn)時(shí)首先要做的步驟是________________________________． (3)在(2)的基礎(chǔ)上，某同學(xué)用天平稱量滑塊的質(zhì)量M.往沙桶中裝入適量的細(xì)沙，用天平稱出此時(shí)沙和沙桶的總質(zhì)量m.讓沙桶帶動(dòng)滑塊加速運(yùn)動(dòng)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄其運(yùn)動(dòng)情況，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上取兩點(diǎn)，測(cè)出這兩點(diǎn)的間距L和這兩點(diǎn)的速度大小v1與v2(v1<v2)．則本實(shí)驗(yàn)最終要驗(yàn)證的數(shù)學(xué)表達(dá)式為_(kāi)_______________(用題中的字母表示實(shí)驗(yàn)中測(cè)量得到的物理量)． 解析：(1)測(cè)量滑塊質(zhì)量M及沙和沙桶的總質(zhì)量m必須用到天平，而根據(jù)紙帶測(cè)滑塊運(yùn)動(dòng)的位移和對(duì)應(yīng)速度要用到刻度尺． (2)平衡摩擦力以后，由牛頓第二定律可求出滑塊受到的合力F＝＝，可見(jiàn)只有m?M時(shí)，F(xiàn)才基本等于mg. (3)對(duì)滑塊來(lái)說(shuō)，合外力的功W＝mgL 此過(guò)程中動(dòng)能的增加量ΔEk＝Mv－Mv 故最終要驗(yàn)證的“功與速度變化的關(guān)系”表達(dá)式為： mgL＝Mv－Mv. 答案：(1)天平、刻度尺 (2)沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量　平衡摩擦力 (3)mgL＝Mv－Mv 8．(2020年湖北黃岡模擬)某實(shí)驗(yàn)小組采用圖5－5－14所示的裝置“探究功與速度變化的關(guān)系”，圖中小車中可放置砝碼．實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz. 圖5－5－14 (1)實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下： ①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼； ②將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，________，________，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)，________； ③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作． (2)圖5－5－15所示是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg，砝碼質(zhì)量為0.02 kg時(shí)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D和E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離x及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v，請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在下表中的相應(yīng)位置． 圖5－5－15 測(cè)量點(diǎn) x/cm v/(m·s－1) O 0.00 0.35 A 1.51 0.40 B 3.20 0.45 C ________ ________ D 7.15 0.54 E 9.41 0.60 (3)在小車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)，________做正功，________做負(fù)功． (4)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖5－5－16中的圖線(其中Δv2＝v2－v)，根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是________________________________________________________________． 要驗(yàn)證“功與速度變化的關(guān)系”，還需測(cè)量的物理量是摩擦力和________． 圖5－5－16 解析：(1)為了使打第1點(diǎn)時(shí)速度為零，應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，再釋放小車．小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近的目的是充分利用紙帶，在紙帶上打出盡可能多的點(diǎn)．在小車停止運(yùn)動(dòng)后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器停止工作． (2)對(duì)于C點(diǎn)到O點(diǎn)的距離xC，可由紙帶分析得出為6.08 cm－1.00 cm＝5.08 cm.C點(diǎn)對(duì)應(yīng)小車的瞬時(shí)速度可用B、D兩點(diǎn)間的平均速度來(lái)求，即vC＝＝ cm/s≈49 cm/s≈0.49 m/s. (3)對(duì)于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)，有鉤碼的重力對(duì)系統(tǒng)做正功，系統(tǒng)所受的摩擦阻力對(duì)其做負(fù)功． (4)根據(jù)Δv2－x圖象為過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線可得出Δv2∝x的結(jié)論．要驗(yàn)證動(dòng)能定理需明確合外力所做的功和物體(小車和砝碼)動(dòng)能的變化．合外力做功應(yīng)為W合＝mgx－Ffx(其中Ff為小車受的摩擦力，x為小車的位移)；而求物體(小車和砝碼)動(dòng)能的變化時(shí)，還需測(cè)出小車的質(zhì)量． 答案：(1)②接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源　釋放小車　關(guān)閉打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 (2)5.05～5.10　0.48～0.50(答案在此范圍都對(duì)) (3)重力(鉤碼的重力)　摩擦力(阻力) (4)Δv2∝x(速度平方的變化與位移成正比)　小車的質(zhì)量