浙江省2019-2020學(xué)年高中物理 第十章 課時訓(xùn)練3 探究做功與物體速度變化的關(guān)系和驗證機械能守恒定律（含解析）

課時訓(xùn)練3探究做功與物體速度變化的關(guān)系和驗證機械能守恒定律基礎(chǔ)鞏固1.“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗裝置如圖所示,用該裝置做實驗時,(1)下列步驟中,不可缺少的操作是(填字母)。 A.測出小車的質(zhì)量B.測出橡皮筋的伸長量C.用量角器測出長木板的傾角D.改變橡皮筋條數(shù)后將小車從同一位置釋放(2)實驗中,要求通過調(diào)整木板的傾角來平衡摩擦阻力,判斷摩擦阻力已被平衡的方法是(填字母)。 A.不連接紙帶時釋放小車,小車能夠下滑B.不連接紙帶時輕推小車,小車能夠勻速下滑C.釋放小車后,拖著紙帶的小車能夠下滑D.輕推一下小車,拖著紙帶的小車能夠勻速下滑答案:(1)D(2)D2.(2019·東陽中學(xué)期中)在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實驗時,小車在橡皮筋彈力的作用下被彈出,沿木板滑行,實驗裝置如圖1所示。(1)關(guān)于實驗中的操作或分析,下列敘述正確的是。 A.實驗中所選用橡皮筋的規(guī)格要一致B.實驗中,橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C.小車在橡皮筋的作用下保持無初速度彈出D.每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值(2)實驗中,甲、乙兩位同學(xué)的實驗操作均正確。甲同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了W-v圖象,如圖2甲,并由此圖線得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論。乙同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了W-v2圖象,如圖2乙,并由此也得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論。關(guān)于甲、乙兩位同學(xué)的分析,你的評價是。 A.甲的分析不正確,乙的分析正確B.甲的分析正確,乙的分析不正確C.甲和乙的分析都正確D.甲和乙的分析都不正確解析:(1)實驗中直接去測量一個正做變速運動物體所受的拉力是很困難的。橡皮筋拉動小車的彈力雖然是個變力,但這個彈力做的功數(shù)值上就等于橡皮筋發(fā)生形變時所具有的彈性勢能,而這個彈性勢能又與橡皮筋的形變量相對應(yīng);橡皮筋的形變量一定,這個彈力做的功就是一定的。實驗時,我們增加相同的橡皮筋的數(shù)量,使功的大小成倍數(shù)增加,每次實驗不必設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值,但是實驗中所選用橡皮筋的規(guī)格要一致,故A正確,D錯誤;每次實驗中,橡皮筋拉伸的長度一定要保持一致,故B錯誤;每次小車在橡皮筋的作用下保持無初速度彈出,所以C正確。(2)根據(jù)甲圖,得到W=avn,式子中a為比例系數(shù),n為指數(shù);當(dāng)n=1時,圖線為直線;當(dāng)n<1時,圖線向下彎曲;當(dāng)n>1時,圖線向上彎曲;甲圖圖線向上彎曲,故表達式 W=avn中n為大于1的任意數(shù)值,不能得出功與速度的平方一定成正比的結(jié)論;而乙圖中,W與v2成正比,故A正確,B,C,D錯誤。答案:(1)AC(2)A3.如圖甲,在驗證機械能守恒定律的實驗中:(1)除鐵架臺、鐵夾、交流電源、紙帶、打點計時器和重物外,還需選用的儀器是。 A.秒表B.刻度尺C.天平D.彈簧測力計(2)某同學(xué)在一次實驗中得到了一條紙帶,下列正確的是。 A.實驗所用打點計時器是電磁打點計時器,應(yīng)接在6 V直流電源上B.實驗時應(yīng)先釋放重物,再接通電源C.紙帶上點密集的一端是與重物相連的D.挑選紙帶時應(yīng)注意點跡清晰,第一、二點的間距約為2 cm(3)某同學(xué)一次實驗中測得如圖乙所示三段位移,O點為起始點,已知打點計時器的打點間隔為T,則他需要驗證O到C過程的機械能守恒表達式為 。 解析:(1)為了測得重物下落的速度,需要用刻度尺測出紙帶上兩相鄰計數(shù)點間的距離,而時間是由打點計時器來算出;由于要驗證的等式兩邊質(zhì)量可以約去,故不需要天平;實驗用不到彈簧測力計,故ACD錯誤,B正確。(2)實驗所用打點計時器是電磁打點計時器,應(yīng)接在46 V 交流電源上,選項A錯誤;實驗時應(yīng)先接通電源,再釋放重物,選項B錯誤;紙帶上點密集的一端是與重物相連的,選項C正確;挑選紙帶時應(yīng)注意點跡清晰,第一、二點的間距約為2 mm,選項D錯誤。(3)從紙帶上可以看出O點為打出來的第一個點,速度為0,重物自由下落,初速度為0,重力勢能減少量Ep=mg(s0+s1);利用勻變速直線運動的推論vC=,則動能的增加量為Ek=m=m()2因此只需要驗證mg(s0+s1)=m()2即g(s0+s1)=,就可以驗證機械能守恒。答案:(1)B(2)C(3)g(s0+s1)=4.(1)做“驗證機械能守恒定律”的實驗,已有鐵架臺、鐵夾、電源、紙帶、打點計時器,還必須選取的器材是。 (2)某同學(xué)在實驗過程中,在重錘的正下方地面鋪海綿;調(diào)整打點計時器的兩個限位孔連線為豎直;重復(fù)多次實驗。以上操作可減小實驗誤差的是(填序號)。 答案:(1)BD(2)5.如圖甲所示,某同學(xué)用自由落體法“驗證機械能守恒定律”,從圖示位置由靜止釋放紙帶連接的重物。(1)圖中操作不合理的地方是 。 (2)除了圖中器材外,下列器材中還必須選取的有。 A.秒表B.刻度尺C.干電池(3)本實驗所取的重力加速度g的值,應(yīng)該。 A.取當(dāng)?shù)氐膶嶋Hg值B.根據(jù)打出的紙帶,用x=gT2求出C.近似取10 m/s2(4)打點計時器交流電源的頻率為50 Hz,如圖乙為打出的一條紙帶的一部分,A,B,C為打出的連續(xù)的三個計時點,用刻度尺量得,xAB=4.15 cm,xBC=4.53 cm,則打下B點時重物下落的速度大小vB=m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字) 解析:(1)由題圖可知,不合理的地方為重物釋放時離打點計時器太遠,導(dǎo)致紙帶可使用長度太短。(2)本實驗用打點計時器計時測速度,不需要秒表,但需要測量重物下落的距離,所以需要刻度尺,打點計時器使用的是交流電源,不需要干電池,故A,C錯誤,B正確。(3)本實驗的g值應(yīng)取當(dāng)?shù)氐膶嶋H值,因為驗證機械能守恒,所以計算重物的重力勢能減少量時,需要當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?故A正確,B,C錯誤。(4)頻率為50 Hz,打點周期為T=0.02 s,根據(jù)紙帶處理方法可知,B點的速度為AC段的平均速度,則vB=m/s=2.17 m/s。答案:(1)重物釋放時離打點計時器太遠(2)B(3) A(4)2.17能力提高6.如圖甲所示為某物理實驗小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗裝置(說明:實驗中橡皮筋型號相同)。(1)關(guān)于橡皮筋做功,下列說法正確的是。 A.橡皮筋做功的具體值可以直接測量B.橡皮筋在小車運動的全程中始終做功C.通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加D.若橡皮筋伸長量變?yōu)樵瓉淼?倍,則橡皮筋做功也增加為原來的2倍(2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條、合并起來掛在小車的前端進行多次實驗,每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車。橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出,打點計時器的打點頻率為50 Hz。根據(jù)第4次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字) (3)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W-v草圖如圖丙所示,根據(jù)圖線形狀,可知對W與v的關(guān)系作出的猜想肯定不正確的是(多選)。 A.WB.WC.Wv2D.Wv3解析:(1)實驗中每條橡皮筋做功的具體值無法直接測量,但是采用相同的橡皮筋,保證每條橡皮筋做功相同,就能以每條橡皮筋做的功為單位進行研究,A錯誤;橡皮筋恢復(fù)原長后,不再對小車產(chǎn)生彈力,不再對小車做功,B錯誤;根據(jù)A選項的分析可知,通過改變橡皮筋的數(shù)目,可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加,C正確;根據(jù)彈性勢能表達式Ep=kx2,伸長量變?yōu)?倍,勢能增大4倍,對外做功也增加4倍,D錯誤。(2)小車先在橡皮筋的拉力作用下加速,當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長后,小車不再受拉力,將做勻速運動,根據(jù)勻速直線運動規(guī)律求得小車速度v= m/s=2.0 m/s。(3)根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知,Wv2和Wv3函數(shù)圖象均可能是圖中的形狀;而W是反比例函數(shù),不可能是圖中的形狀;W的圖象也與題中函數(shù)圖象不符,故選A,B。答案:(1)C(2)2.0(3)AB7.圖中甲、乙兩圖都是用來“驗證機械能守恒定律”的裝置示意圖。(1)比較甲、乙兩圖,某同學(xué)認為乙圖裝置較好,其理由如下列所述,其中正確的是(填字母)。 A.電火花計時器打點更準確B.減小了空氣阻力對實驗的影響C.可以節(jié)省紙帶,讓點跡更為密集D.保證物體從靜止釋放,避免因紙帶抖動而造成摩擦增大(2)實驗中發(fā)現(xiàn)重物增加的動能略小于減少的重力勢能,其主要原因是(填字母)。 A.重物的質(zhì)量過大B.重物的體積過小C.電源的電壓偏低D.重物及紙帶在下落時受到阻力(3)從紙帶上選取多個點,測量從第一點到其余各點的下落高度h,并計算各點速度的平方v2,以為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出-h圖線,則在誤差允許的范圍內(nèi)該圖線是,圖線的斜率是。 解析:(1)因為用夾子固定紙帶,可以避免用手握紙帶時手的抖動的弊端。電磁打點計時器與電火花計時器的打點精度是相同的。(2)重物的質(zhì)量大,體積小,所受空氣阻力小,能減小誤差。電壓高低與實驗誤差無關(guān)。(3)從紙帶上選取多個點,測量從第一點到其余各點的下落高度h,并計算各點速度的平方v2,則需驗證的關(guān)系式是 mgh=mv2,故在誤差允許的范圍內(nèi),h圖線是一條過原點且斜率為g的直線。答案:(1)D(2)D(3)過原點的一條傾斜直線重力加速度g8.(1)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,下列物理量中需要用工具測量的有,通過計算得到的有。 A.重物的質(zhì)量B.重力加速度C.重物下落的高度D.與重物下落高度對應(yīng)的重物瞬時速度(2)在“驗證機械能守恒定律”的實驗中,有如下可供選擇的實驗器材:A.鐵架臺B.電磁打點計時器以及復(fù)寫紙C.紙帶D.低壓直流電源E.天平F.秒表G.導(dǎo)線H.開關(guān)其中不必要的器材是; 上面還缺少的器材是。 I.低壓交流電源J.220 V交流電源K.刻度尺 L.重物M.量角器(3)如圖中甲、乙兩圖都是使用電磁打點計時器驗證機械能守恒定律的裝置示意圖,已知該打點計時器的打點頻率為50 Hz。這兩圖相比較,(選填“甲”或“乙”)裝置較好; 丙圖是采用較好的裝置并按正確的實驗步驟進行實驗打出的一條紙帶,如果1,2兩點之間距離約等于2 mm,可以說明1點的速度等于。 解析:(1)A.在驗證機械能守恒時,是驗證減少的重力勢能與增加的動能相等,即mgh=m-m,所以gh=-,兩邊質(zhì)量消去,所以不需要測量質(zhì)量;B.重力加速度是和地球有關(guān)的一個物理量,在地球表面認為等于9.8 m/s2;C.重物下落的高度需要借助于刻度尺來測量;D.利用中點時刻的速度等于平均速度可以計算出重物瞬時速度,故分別選C和D。(2)打點計時器工作時用的是交流電,所以不需要低壓直流電源,由于驗證機械能守恒時公式前后都有質(zhì)量,所以不需要測量質(zhì)量,利用打點計時器可直接讀出時間,所以也不需要秒表,故選DEF。電磁打點計時器工作時需要一個低壓交流電源;在測量下降的高度時需要利用刻度尺來測量長度;在做此實驗時需要一個重物拉著紙帶運動,故還需要的器材有IKL。(3)兩圖相比較,甲圖較好,因為夾子的存在可以有效防止紙帶的來回晃動,減小摩擦,減小實驗誤差;當(dāng)重物從靜止釋放時,根據(jù) h=gt2=×9.8×(0.02)2 m=0.001 96 m2 mm,說明1點的速度等于零。答案:(1)CD(2)DEFIKL(3)甲0- 8 -