【优化方案】2020浙江高考物理总复习 第5章 实验五探究功与速度变化的关系知能优化演练 大纲人教版

探究功与速度变化的关系
1．关于“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列叙述正确的是( ) A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
C．放小车的长木板应该尽量使其水平
D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出
解析：选D.本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足够了，A错；每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后每次实验时，橡皮筋做的功是第一次的整数倍，否则，功的数值难以测定，B错；小车运动过程中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确．
2．在“探究功与速度变化的关系”的实验中，每次选取纸带后，我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度( )
A．间距均匀的点
B．间距不均匀的点
C．间距均匀的与不均匀的都可
D．最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，也可用间距不均匀的
解析：选A.橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功，小车做匀速运动，纸带上的点间距变的均匀，故A对，B、C错；若纸带上没有间距均匀的点说明纸带太短，橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器，这种情况下应选用更长的纸
带，或者是因为摩擦力没被平衡掉，故D错．
3．(2020年江苏徐州调研)在“探究功与速度变化的关系”的实验中，若画出W －v的图象，应为图5－5－8中的哪个图( )
图5－5－8
解析：选B.通过实验可知，做的功W与小车速度v2成正比，故与v应是二次函数关系，故B正确，A、C、D均错．
4．在“探究功与速度变化的关系”的实验中，某同学在一次实验中得到一条如图5－5－9所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间稀疏，出现这种情况的原因可能是( )
图5－5－9
A．电源的频率不稳定
B．木板倾斜的程度太大
C．没有使木板倾斜或倾斜角太小
D．小车受到的阻力较大
解析：选CD.可能是没有平衡摩擦力或平衡不够，故C、D正确．
5．(2020年富阳二中检测)如图5－5－10所示为在“探究功与速度变化的关系”的实验中小车在运动过程中打点计时器在纸带上打出的一系列的点，打点的时间间隔为0.02 s，小车运动情况A、B之间可描述为________________运动，C、D 之间可描述为________________运动．小车离开橡皮筋后的速度为________m/s.
图5－5－10
解析：由A到B的点迹可以看出点的距离越来越大，因时间相同，可知A、B 间小车做加速度逐渐减小的加速直线运动，C、D间为匀速直线运动，
小车离开橡皮筋后的速度v＝x
t
＝
7.2×10－3
0.02
m/s＝0.36 m/s.
答案：加速度逐渐减小的加速直线匀速直线0.36
6．科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究．下面我们追寻科学家的研究足迹用实验探究恒力做功和物体动能变化之间的关系．
(1)某同学的实验设计方案如图5－5－11所示，该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，为此，实验时在安装正确、操作规范的前提下(已平衡摩擦力)还需要满足的条件是：________________________________________________________________________ ________.
图5－5－11
(2)如图5－5－12所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F 是该同学确定的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图．则打C点时小车的速度为________；要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有________________________________．
图5－5－12
解析：(1)只有钩码的重力远小于小车的总重力时，才能近似认为小车受到的拉力等于钩码的重力；
(2)C点的速度等于BD段的平均速度，故v
C ＝
Δx
2
＋Δx
3
2T
；
要验证合外力做的功和动能变化间的关系，需要测出小车受到的拉力大小(钩码
的重力)和小车位移(W＝Fx)，以及小车的质量和速度(E
k ＝
1
2
mv2)，所以还需要测出钩
码的重力和小车的总质量．
答案：(1)钩码的重力远小于小车的总重力
(2)Δx
2
＋Δx
3
2T
钩码的重力和小车的总质量
7．某探究学习小组的同学欲验证“功与速度变化的关系”，他们在实验室组装了一套如图5－5－13所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
图5－5－13
(1)你认为还需要的实验器材有___________________________________________．
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是________________________，实验时首先要做的步骤是________________________________．
(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两
点的速度大小v
1与v
2
(v
1
<v
2
)．则本实验最终要验证的数学表达式为
________________(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)．
解析：(1)测量滑块质量M及沙和沙桶的总质量m必须用到天平，而根据纸带测滑块运动的位移和对应速度要用到刻度尺．
(2)平衡摩擦力以后，由牛顿第二定律可求出滑块受到的合力F＝
Mmg
M＋m
＝
mg
1＋
m
M
，
可见只有m≪M时，F才基本等于mg.
(3)对滑块来说，合外力的功W＝mgL
此过程中动能的增加量ΔE
k
＝
1
2
Mv2
2
－
1
2
Mv2
1
故最终要验证的“功与速度变化的关系”表达式为：
mgL＝
1
2
Mv2
2
－
1
2
Mv2
1
.
答案：(1)天平、刻度尺
(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力
(3)mgL＝
1
2
Mv2
2
－
1
2
Mv2
1
8．(2020年湖北黄冈模拟)某实验小组采用图5－5－14所示的装置“探究功与速度变化的关系”，图中小车中可放置砝码．实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面．打点计时器工作频率为50 Hz.
图5－5－14
(1)实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，________，________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，________；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．
(2)图5－5－15所示是钩码质量为0.03 kg，砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在下表中的相应位置．
图5－5－15
测量点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)________做正功，________做负功．
)，根
(4)实验小组根据实验数据绘出了图5－5－16中的图线(其中Δv2＝v2－v2
据图线可获得的结论是________________________________________________________________．要验证“功与速度变化的关系”，还需测量的物理量是摩擦力和________．
图5－5－16
解析：(1)为了使打第1点时速度为零，应先接通打点计时器电源，再释放小车．小车停在打点计时器附近的目的是充分利用纸带，在纸带上打出尽可能多的点．在小车停止运动后，应及时关闭打点计时器电源，使打点计时器停止工作．
(2)对于C 点到O 点的距离x C ，可由纸带分析得出为6.08 cm －1.00 cm ＝5.08 cm.C 点对应小车的瞬时速度可用B 、D 两点间的平均速度来求，即v C ＝x BD
4T 0
＝7.15－3.20
4×0.02
cm/s≈49 cm/s≈0.49 m/s.
(3)对于钩码、砝码和小车组成的系统，有钩码的重力对系统做正功，系统所受的摩擦阻力对其做负功．
(4)根据Δv 2－x 图象为过坐标原点的一条直线可得出Δv 2∝x 的结论．要验证动能定理需明确合外力所做的功和物体(小车和砝码)动能的变化．合外力做功应为W 合＝mgx －F f x(其中F f 为小车受的摩擦力，x 为小车的位移)；而求物体(小车和砝码)动能的变化时，还需测出小车的质量．
答案：(1)②接通打点计时器电源 释放小车 关闭打点计时器电源 (2)5.05～5.10 0.48～0.50(答案在此范围都对) (3)重力(钩码的重力) 摩擦力(阻力)
(4)Δv 2∝x(速度平方的变化与位移成正比) 小车的质量。