高考物理實驗增分創(chuàng)新版能力練實驗五探究功與速度變化的關系實驗5a

1．(2017·湖南四校聯(lián)考)某實驗小組要探究力對物體做的功與物體獲得的速度的關系，選取的實驗裝置如圖所示。(1)實驗時，在未連接橡皮筋時將木板的左端用小木塊墊起，使木板傾斜合適的角度，打開打點計時器，輕推小車，最終得到如圖甲所示的紙帶，這樣做的目的是________________________________________________________________________。(2)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻分布的，為了計算小車獲得的速度，應選用圖乙紙帶的________(填“A～F”或“F～I”)部分。(3)小車在一條橡皮筋的作用下由某位置靜止彈出，沿木板滑行，當小車的速度最大時，橡皮筋對小車做的功為W。再用完全相同的2條、3條、…、n條橡皮筋作用于小車上，每次在________(填“相同”或“不相同”)的位置由靜止釋放小車，使橡皮筋對小車做的功分別為2W、3W、…、nW。(4)分析打點計時器打出的紙帶，分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3、…、vn，作出W-v圖象。則下列符合實際的圖象是________(填字母序號)。答案(1)平衡摩擦力(2)F～I(3)相同(4)D解析(1)紙帶上打出的點跡均勻，說明小車做勻速直線運動，這樣做的目的是平衡摩擦力。(2)紙帶在橡皮筋的拉力作用下做加速運動，橡皮筋做功完畢后，小車的速度達到最大，之后做勻速直線運動，因此勻速直線運動時的速度即為該過程中小車的最大速度，故為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶上點跡均勻分布的部分測量，即F～I。(3)橡皮筋的拉力為變力，采用倍增法增加功，使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，當小車的速度最大時，橡皮筋對小車做的功為W；再用完全相同的2條、3條、…、n條橡皮筋作用于小車上，每次由靜止釋放小車時橡皮筋的伸長量都相同，使橡皮筋對小車做的功分別為2W、3W、…、nW，所以每次應在相同的位置由靜止釋放小車。(4)功與速度的平方相對應，所以圖象應為D。2．(2017·北京高考)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。圖1(1)打點計時器使用的電源是________(選填選項前的字母)。A．直流電源B．交流電源(2)實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是______(選填選項前的字母)。A．把長木板右端墊高B．改變小車的質(zhì)量在不掛重物且________(選填選項前的字母)的情況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A．計時器不打點B．計時器打點(3)接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C……各點到O點的距離為x1、x2、x3……如圖2所示。圖2實驗中，重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，可認為小車所受的拉力大小為mg。從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W＝______，打B點時小車的速度v＝________。(4)以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2–W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達式為________。根據(jù)功與能的關系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結(jié)果的單位關系，與圖線斜率有關的物理量應是________。圖3(5)假設已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2–W關系的是________。答案(1)B(2)AB(3)mgx2eq\f(x3－x1,2T)(4)v2＝4.7W(4.5W～5.0W均認為正確)質(zhì)量(5)A解析(1)打點計時器使用交變電流，故應選B。(2)平衡摩擦力和其他阻力時采用墊高長木板右端，使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打點時振針與紙帶之間的摩擦，故需要在打點狀態(tài)下判斷是否達到平衡要求。(3)由做功公式知：W＝mgx2；利用勻變速直線運動中間時刻的速度等于這段時間內(nèi)的平均速度知，B點速度等于AC段的平均速度，即vB＝eq\f(x3－x1,2T)。(4)根據(jù)圖線，關系式寫為v2＝kW＋b，在直線上取兩點，如(1.4×10－2,0.07)(8×10－2,0.38)，代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作圖誤差允許的范圍內(nèi)，表達式可寫為v2＝4.7W。把功的單位用基本單位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，容易得出與圖線斜率有關的物理量單位為kg－1，故與圖線斜率有關的物理量應是質(zhì)量。(5)若重物質(zhì)量m不滿足遠小于小車質(zhì)量M，則繩子對小車的拉力F實際不等于重物的重力，由mg＝(M＋m)a和F＝Ma知F＝eq\f(M,M＋m)mg，由動能定理得：Fx＝eq\f(1,2)Mv2－0即eq\f(M,M＋m)mgx＝eq\f(1,2)Mv2，而W＝mgx，代入整理可得v2＝eq\f(2,M＋m)W，則實際v2-W圖線的斜率k＝eq\f(2,M＋m)不變，所以v2-W圖線是一條過原點的直線，選項A正確。3．(2014·天津高考)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)較少，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作細繩拉力做的功，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答案(1)刻度尺、天平(包括砝碼)(2)D(3)可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)(4)CD解析(1)實驗要通過紙帶測速度，需要刻度尺，要分析動能的變化，必須要測出小車的質(zhì)量，因此還需要天平。(2)實驗中調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使細繩與木板平行，可在平衡摩擦力后使細繩的拉力等于小車所受的合力，如果不平行，細繩的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改變了摩擦力就不能使細繩拉力等于小車所受的合力，D正確。(3)在所掛鉤碼個數(shù)不變的情況下，要減小小車運動的加速度，可以增大小車的質(zhì)量，即可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)。(4)如果用鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，發(fā)現(xiàn)拉力做的功總比小車動能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉，因此拉力做功一部分用來增大小車動能，一部分用來克服阻力做功；也可能是鉤碼做加速運動，因此細繩的拉力小于鉤碼的重力，鉤碼的重力做的功大于細繩的拉力做的功，即大于小車動能的增量，C、D正確。4．(2017·深圳模擬)某同學用如圖1所示裝置來探究“功與速度變化關系”，得到一條如圖2所示的紙帶，O點為第一個點，并在紙帶清晰段依次標記了A、B、C三個點，用毫米刻度尺測得各點到O點的距離如圖，重物質(zhì)量m＝1.00kg。(1)電火花打點計時器應選擇以下哪種電源________。A．4～6V、50Hz交流電源B．220V、50Hz交流電源(2)從O點到B點，重物的重力做功WG＝________J，動能的增加量ΔEk＝________J。(g取10m/s2，結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)答案(1)B(2)7.787.59解析(1)電火花打點計時器使用220V、50Hz的交流電源，B正確。(2)從O點到B點，重物的重力做功WG＝mgh＝1.00×10×0.7776J≈7.78JB點的速度vB＝eq\f(hAC,2T)＝eq\f(85.76－70.18×10－2,2×0.02)m/s＝3.895m/s，B點的動能EkB＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)≈7.59J動能的增加量ΔEk＝EkB－0＝7.59J。5．某實驗小組利用圖示裝置進行“探究功與速度變化關系”的實驗，實驗步驟如下：A．掛上鉤碼，調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；B．打開速度傳感器，取下輕繩和鉤碼，保持A中調(diào)節(jié)好的長木板傾角不變，讓小車從長木板頂端靜止下滑，分別記錄小車通過速度傳感器1和速度傳感器2時的速度大小v1和v2；C．重新掛上細繩和鉤碼，改變鉤碼的個數(shù)，重復A到B的步驟?；卮鹣铝袉栴}：(1)按上述方案做實驗，長木板表面粗糙對實驗結(jié)果是否有影響？________(填“是”或“否”)。(2)若要驗證動能定理的表達式，還需測量的物理量有________。A．懸掛鉤碼的總質(zhì)量mB．長木板的傾角θC．兩傳感器間的距離lD．小車的質(zhì)量M(3)根據(jù)實驗所測的物理量，動能定理的表達式為：__________________________________________________________________________________________。(重力加速度為g)答案(1)否(2)ACD(3)mgl＝eq\f(1,2)M(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))解析小車在重力、斜面彈力、摩擦力、細線拉力作用下處于平衡狀態(tài)，撤去鉤碼后小車的合外力大小等于鉤碼的重力大小，所以長木板表面粗糙對實驗結(jié)果沒有影響。需要測量的物理量有A、C、D。在撤去鉤碼后小車受合外力大小等于鉤碼重力mg。由動能定理可得mgl＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)M(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))。6．(2017·溫州模擬)如圖甲所示，某同學在做“探究功與速度變化的關系”的實驗。當小車在1條橡皮筋的作用下沿木板滑行時，橡皮筋對小車做的功記為W。當用2條、3條…橡皮筋重復實驗時，設法使每次實驗中橡皮筋所做的功分別為2W、3W…(1)圖甲中電火花計時器的工作電壓是________V的交流電。(2)實驗室提供的器材如下：長木板、小車、橡皮筋、電火花計時器、紙帶、電源等，還缺少的測量工具是________。(3)圖甲中小車上有一固定小立柱，如圖乙中給出了4種橡皮筋與小立柱的套接方式，為減小實驗誤差，你認為最合理的套接方式是________。(4)在正確操作的情況下，某次實驗所打的紙帶如圖丙所示。打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應選用紙帶的________________________________________________________________________部分進行測量(根據(jù)紙帶中字母回答)，小車獲得的速度是____