2020_2021学年高考物理必考实验专题突破五探究功与速度变化的关系含解析
高考物理必考实验专题突破五探究功与速度变化的关系含解析
2020-2021年高考物理必考实验五：探究功与速度变化的关系1.实验原理(1)改变功的大小:采用如图所示的实验装置,用1条、2条、3条……规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…。
(2)确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。
(3)寻找功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-√v、W-v或W-v2等图象。
分析图象,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的关系。
2.实验器材小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。
3.实验步骤(1)垫高木板的一端,平衡摩擦力。
(2)拉伸的橡皮筋对小车做功用一条橡皮筋拉小车——做功W;用两条橡皮筋拉小车——做功2W;用三条橡皮筋拉小车——做功3W……(3)测出每次做功后小车获得的速度v。
(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W-√v、W-v、W-v2或W-v3等图象,直到明确得出W和v的关系。
4.数据分析(1)求小车速度实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v=v(其中T为打点周期)。
2v(2)计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值,填入下面表格。
(3)作图象在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v 2图线,从中找出功与速度变化的关系。
5.注意事项(1)平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。
检验方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动。
(2)选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时打下的点。
(3)橡皮筋的选择:橡皮筋规格相同时,力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。
2022届高考物理二轮复习 物理实验专项练习(5)探究功与速度变化的关系
（5）探究功与速度变化的关系一、实验题1.某兴趣小组的同学们在学习了动能定理以后，尝试用如图甲所示的装置来验证动能定理。
打点计时器接在频率为f 的交流电源上，实验前已测出砝码和砝码盘的总质量为m ，小车的质量为M ，重力加速度为g 。
（1）挂砝码和砝码盘前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至轻推小车观察到_________。
（2）挂上砝码和砝码盘后，按实验要求打出如图乙所示的纸带，其中O 为起始点，A B C D E 、、、、为纸带上选取的连续5个清晰的计数点，每相邻两计数点间有4个计时点未画出，测量出A C E 、、计数点到O 点的距离分别为123x x x 、、，则打下C 点时小车的速度C v =_________。
（3）若将砝码和砝码盘的重力视为小车受到的拉力，从O 到C 的过程中，只要表达式________成立，即验证了动能定理。
2.某校物理兴趣小组利用如图甲所示装置探究合力做功与动能变化的关系。
在滑块上安装一遮光条，系轻细绳处安装一拉力传感器（可显示出轻细绳的拉力），把滑块放在水平气垫导轨上A 处，细绳通过定滑轮与钩码相连，光电门安装在B 处。
气垫导轨充气，将滑块从A 位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F ，光电门记录的时间为t ∆。
（1）用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则宽度为________mm 。
（2）多次改变钩码的质量（拉力传感器记录的读数F 相应改变），测得多组F 和t ∆数据，要得到线性变化图像，若已知选定F 作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为_______. A.t ∆B.2()t ∆C.1t ∆D.21t ⎛⎫ ⎪∆⎝⎭（3）若正确选择横坐标所代表的物理量后，得出线性变化图像的斜率为k ，且已经测出A B 、之间的距离为s ，遮光条的宽度为d ，则滑块质量（含遮光条和拉力传感器）的表达式为M =______。
3.如图所示，重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况，利用该装置可以完成“探究动能定理的实验，重物质量m 和小车质量M 已通过实验测得。
实验报告：探究功与速度变化的关系（含动能定理练习及答案）
实验报告：探究功与速度变化的关系（含动能定理练习及答案）实验：探究功与速度变化的关系一、实验目的1．通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系．2．体会探究的过程和所用的方法二、实验原理1．分析与猜测(1)通过研究重力做的功，我们确立了重力势能的表达式，通过分析弹力做的功，我们探究了弹性势能的表达式，那么，要研究动能的变化，也要从力做功开始．(2)物体在力的作用下通过一段位移时，力会对物体做功，物体的速度也会发生变化，所以二者之间存在联系．2．探究的思路(1)要探究功与物体速度变化的关系，就要改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度．(2)为简化实验，可将物体初速度设置为零，利用如图7－6－2所示的装置进行实验，通过橡皮筋来对小车做功W，通过打点计时器在纸带上打出的点测量小车获得的速度v，然后分析功W与速度v的关系．三、实验器材木板、小车、橡皮筋、打点计时器(电火花打点计时器)、电源、纸带等．四、实验步骤1．按装置图安装好实验器材．2．平衡摩擦力：将木板固定，打点计时器的一端稍微，使小车能牵引纸带在木板上做．3．先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器打出的纸带测出小车前端通过两铁钉连线时小车的速度v1，设此时橡皮筋对小车做功为W，将数据记入表格，用标尺记录小车的初始位置．4．改用2条、3条、4条……橡皮筋重复上述实验，让小车开始位置，每次橡皮筋拉开的长度，记录橡皮筋做功2W、3W、4W……情况下小车获得的速度v2、v3、v4…….2 5．分析数据，研究W与v的关系五、数据的处理用图象法处理实验数据象更接近于过原点的倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系．用图象法处理数据，要比计算法更简捷更直观．六、实验中需注意的事项1.适度平衡小车受到的摩擦力;2.每次实验小车都要从同一位置由静止开始运动;3.应选择粗细均匀,一致性好的橡皮筋;4.橡皮筋的拉伸长度要适度;5.使小车挂住橡皮筋的中点,放正小车,使小车沿木板的中间线运动.七、误差分析八、实验结论无论是通过计算法还是作图法都可以得出力对物体做的功与物体速度的正比的结论，即W∝ .练习：如图所示为与小车相连、穿过打点计时器的一条纸带，纸带上的点距并不都是均匀的，下列说法正确的是（）。
高考物理重点难点知识专题讲解：实验(探究功与速度变化的关系,验证机械能守恒定律)
3．实验器材：本实验需要的器材有：打 点计时器(含纸带、学生电源、复写纸、连接导 线 )、 同种橡皮条(10 根)、 小车、 长木板、 钉子、 刻度尺． 4．实验步骤： (1)按图连接好器材． 橡皮筋的一端套在小 车上，另一端套在钉子上，第一次用两根橡皮 筋．将长木板倾斜一个角度，使重力沿斜面向 下的分力平衡小车受到的摩擦力．
高考物理重点难点知识专题讲解 实验：探究功与速度变化的关系 验证机械能守恒定律
一、实验：探究功与速度变化的关系 1．实验目的： (1)探究功与物体速度变化的关系． (2) 感悟实验方案的设计和实验数据的处 理方法．
．
2．实验的方法：如图所示，依次用 1 根、 2 根、3 根„„同样的橡皮筋与物体相连接， 并且每次将橡皮筋拉伸相同的长度，这样操作， 无须计算就可知道橡皮筋对物体所做的功依 次为 W、2W、3W„„ 而每次橡皮筋对物体做功后的速度，可用 打点计时器测出．
(1)关于以下措施的分析，正确的是(
)
A．为使小车所受的合外力等于细线的拉 力，应该平衡摩擦力 B． 为使细线的拉力等于沙和沙桶的重量， 应该平衡摩擦力 C. 为使小车所受的合外力等于细线的拉 力，应该使 M≫m D． 为使细线的拉力等于沙和沙桶的重量， 应该使 M≫m
(2)该同学得到的一条纸带如图所示． O为 小车开始运动打下的第一点，A、B、C 为纸带 中的三个相邻的点，测出 A、B、C 三点到 O 点的距离分别为 sA、sB、sC，根据题中给出的 已知量及测出的物理量 ， 可得到打下纸带上 ________ 点时小车的动能 ， 其表达式为 Ek ＝ ________________，相对应的运动过程中合力 所做的功的表达式为 W＝________.
(2)将小车拉到靠近打点计时器的位置 (在 橡皮筋弹性限度内)， 并标记下此位置； 接通电 源后松手． (3)换上纸带，并在纸带上做好标记，每次 加接两根橡皮筋 ，然后将小车拉到同一位置 ， 接通电源后松手．依次再做四次．
高中物理必修2-实验：探究功与速度变化的关系
实验：探究功与速度变化的关系知识集结知识元实验：探究功与速度变化的关系知识讲解一．利用橡皮筋做功探究动能定理1.实验目的（1）通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系．（2）体会探究过程和所用的方法．2.实验原理（1）功的确定：让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条……则橡皮筋对小车做的功为W，2W，3W，….（2）速度的计算：通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次橡皮筋做功结束时小车的速度．（3）分析每次橡皮筋做的功与物体速度的关系，即可总结出功与速度变化的关系．3.实验器材木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等．4.实验步骤（1）按如图所示安装好仪器．（2）平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫起，纸带穿过打点计时器，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点．（3）第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格．（4）换用2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出速度为v2，v3，v4，…，橡皮筋对小车做功分别为2W，3W，4W，…，将数据记入表格．（5）分析数据，尝试做W-v、W-v2等图象，探究W，v的关系．5.注意事项（1）平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角．（2）测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动的．（3）橡皮筋应选规格一样的，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．（4）每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止开始运动．（5）小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．（6）使小车挂住橡皮筋的中点，放正小车，使小车沿木板的中间线运动.6.数据处理（1）速度数值的获得：实验获得的是如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以，应该在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v＝，其中T是打点计时器的打点周期．即选择相邻距离基本相同的若干点A1，A2，A3，…来计算小车匀速运动时的速度．（2）计算小车做的功分别为W，2W，3W，…时对应的v，v2，v3，的数值，填入表格．（3）逐一与W的一组数值对照，判断W与v，v2，v3，的可能关系或尝试着分别画出W与v，W与v2，W与v3，W与间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．7.误差分析误差类别产生原因减小方法偶然误差①橡皮筋长短、粗细不一②纸带上“点”间距离测量不准③描点不准①选用规格相同的橡皮筋②测量、描点尽量准确系统误差忘记平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦力实验前精确地平衡摩擦力二．利用牛顿第二定律的实验装置探究动能定理1.实验目的探究外力做功与物体动能变化的定量关系2.实验原理（1）在砝码和砝码盘的质量远小于小车质量时，可以认为细绳的拉力就是砝码和砝码盘的重力．（2）平衡长木板的摩擦力（3）在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，木块在砝码盘对他的拉力作用下做匀加速运动，在纸带记录的物体的匀加速阶段，适当间隔的取两个点A和B．只要取计算一小段的平均速度即可确定A 和B两点各自的速度v A和v B，在这段过程中物体运动的距离s可通过运动的纸带测出，我们即可算出合外力的功W合=F绳s AB，另一方面，此过程中物体的动能变化量为ΔE k=-，通过比较W和ΔE k的值，就可以找出两者之间的关系．3.实验器材长木板（一端带滑轮）、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平．4.实验步骤及数据处理（1）用天平测出小车的质量M，及砝码、砝码盘的总质量m．把器材按图装置好，纸带一端固定在小车上，另一端穿过打点计时器的限位孔．（2）把小车靠近打点计时器，用手按住．先接打点计时器电源，再释放小车，让它加速运动．当小车到达定滑轮处（或静止）时，断开电源（3）取下纸带，重复实验，得到多条纸带（4）选取其中点迹清晰的纸带进行数据处理，先在纸带标明计数点，然后取间隔适当的两点A、B两点间的距离S AB，再利用平均速度公式求A、B两点间的速度v A、v B．与E kAB，通过比较W和ΔE k，就可以找出两者之间的关（5）通过实验数据分别求出W合系．5.注意事项（1）实验前应调整长木板的倾角以平衡摩擦力，否则砝码和砝码盘的重力就不是小车受到的合外力．（2）实验时要求砝码和砝码盘的质量远小于滑块的质量．（3）应先接通打点计时器，后释放小车，使其运动．6.误差分析（1）没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大．（2）利用打点的纸带测量位移和计算小车的速度时不准确也会带来误差．例题精讲实验：探究功与速度变化的关系例1.某同学用如图所示的实验装置探究功与速度变化的关系。
必修2 实验五探究功与速度变化的关系
(写出物
。
(3)测出滑块运动OA段、OB段、OC段、OD段、OE段合外力对滑
块所做的功,算出vA、vB、vC、vD、vE,以v2为纵轴,以W为横轴建 坐标系,描点作出v2-W图像,可知它是一条过坐标原点的倾斜直 线,若直线斜率为k,则滑块质量M= 。
【解析】(1)由于一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时
0点距离分别为d1=0.041m,d2=0.055m,d3=0.167m,d4=0.256m,
d5=0.360m,d6=0.480m…,他把钩码重力(当地重力加速度 g=10m/s2)作为小车所受合力,算出打下0点到打下第5点合力 做功W= J(结果保留三位有效数字),用正确的公式Ek= (用相关数据前字母列式)把打下第5点时小车的动能
【实验过程】 一、实验步骤 1.按原理图将仪器安装好。 2.平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木
板,反复移动木板的位置,直至小车上不挂橡皮筋时,纸带打出
的点间距均匀,即小车能匀速运动为止。
3.先用1条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车获得的
速度v1,设此时橡皮筋对小车做的功为W,将这一组数据记入表 格。 4.用2条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同, 这时橡皮筋对小车做的功为2 W,测出小车获得的速度v2,将数 据记入表格。
【误差分析】 类型 偶然 误差 系统 误差 产生原因 小车速度的测量误差 摩擦力做功 橡皮筋的长度、 粗细不一 减小方法 多次测量x,求平均值 平衡摩擦力适当 选规格相同的橡皮筋
【注意事项】
1.平衡摩擦力时,将木板一端垫高,使小车的重力沿斜面向下的 分力与摩擦阻力平衡。方法：使小车连着纸带并接通电源,轻 推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是 否做匀速运动,找到长木板的一个合适的倾角。 2.测小车的速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车 做匀速运动时的那部分纸带。
2021届高考物理必考实验五：探究功与速度变化的关系【含答案】
2021届高考物理必考实验五：探究功与速度变化的关系1.实验原理(1)改变功的大小:采用如图所示的实验装置,用1条、2条、3条……规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…。
(2)确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。
(3)寻找功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-、W-v或W-v2等图象。
分析图象,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的关系。
2.实验器材小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。
3.实验步骤(1)垫高木板的一端,平衡摩擦力。
(2)拉伸的橡皮筋对小车做功用一条橡皮筋拉小车——做功W;用两条橡皮筋拉小车——做功2W;用三条橡皮筋拉小车——做功3W……(3)测出每次做功后小车获得的速度v。
(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W-、W-v、W-v2或W-v3等图象,直到明确得出W和v的关系。
4.数据分析(1)求小车速度实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v=(其中T为打点周期)。
(2)计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值,填入下面表格。
W2W3W4W5Wv v 2(3)作图象在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v 2图线,从中找出功与速度变化的关系。
5.注意事项(1)平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。
检验方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动。
(2)选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时打下的点。
(3)橡皮筋的选择:橡皮筋规格相同时,力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。
2020-2021学年物理人教版必修二教学课件：7.6.实验：探究功与速度变化的关系 (1)
B、让小车通过相同的距离，第1次力为F、第2次力为2F、第3次 力为3F……实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W ……
C、选用相同的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致， 当用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第 3次……实验时，橡皮筋对物体做的功就是W、2W、3W ……
的过程中
橡皮筋的弹力是变力， 且弹力与伸长量的关系 也不严格遵守胡克定律 ，
不容易计算。
橡皮筋对小车 拉力做的功能 否直接测量？
解 决 第一次用一条橡皮筋拉小车 方 案
做功W
第二次用两条完全相同的橡 皮筋并联起来栓到小车上拉 小车，且使每条橡皮筋的伸 长都和第一次的伸长量一样
做功2W
依次类推，并联三条、四条……橡皮筋，且拉伸 的长度都一样，做的功为3W、4W……
1 2 3 4 5 6
橡皮筋做的功
v
W
0.23
2W
0.32
3W
0.42
4W
0.47
5W
0.53
6W
0.57
匀速运动时的速度
v2
v3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.054
0.012
0.103
0.033
0.174
0.073
0.22
0.103
0.28
0.148
0.33
0.186
v
0.481 0.567 0.646 0.685 0.727 0.756
数 据 处 W v /(m/s) 理 1 0.80
2 1.10
2020-2021学年物理人教版必修二教学教案：7.6.实验：探究功与速度变化的关系 (3)
探究功与物体速度变化的关系天门实验高中邬咏红一．教学设计思路（1）本节通过学生设计探究实验方案，师生互动研究改进方案，学生亲历实验探究过程，对实验数据进行层层推进式分析，从而得到结果，使学生体验学习乐趣和战胜困难、解决问题的成功感。
（2）人教版新教材列入此探究课题是为了使学生了解“倍增法”这种物理方法，在高二学习“库仑定律”时该方法还将出现，所以探究过程也是对学生物理思想方法的教育过程。
（3）通过探究式教学，训练学生掌握相互交流、合作的学习方式；在学习过程中鼓励学生大胆提出设想，在其他学生的参与下对实验方案提出质疑和改进建议，提高其参与意识；通过实验数据分析得到结果，也使学生体会实验在科学探究中的重要性，增强其探索意识。
二．教学目标1．知识与技能（1）领会探究功与物体速度的关系实验的设计思路。
（2）知道用一根橡皮筋所做的功为“单位的功”，体会“倍增法”。
（3）理解小车做匀速运动阶段测量速度比较合理。
（4）能进行实验操作，会采集实验数据。
2．过程与方法（1）注重实验探究方案设计的思考与改进过程。
（2）用适当的方法探究做功与物体速度变化的关系，体验知识的探究过程和物理学研究方法；3．情感态度与价值观（1）能以积极的情感和认真的态度学会探究物理问题的科学方法；（2）体会学习的快乐，激发学习兴趣；通过亲身实践树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学理念。
三．教学重点和难点1．教学重点探究做功和物体速度变化关系的物理方法的提出与改进。
2．教学难点对“倍增法”的理解及实验数据的处理与分析。
四．教学资源1．教学硬件多媒体电脑，大屏幕显示器，实物投影仪。
2．教学软件PowerPoint，Excel。
3．实验仪器气垫导轨（带滑块）1套，光电门计数器1个，托盘天平（带砝码）1套，橡皮筋若干，铁架台1个，重锤1只，滑轨2个，小车2个，打点计时器3个，钩码1盒，纸带若干。
4．教学辅助图纸实验设计图纸，实验数据图表。
五．教学流程图1．课题引入2．实验方案的设计与探究学生分组进行实验方案设计，然后进行方案的展示与交流，通过师生互动对学生方案加以改进。
2020-2021学年人教物理必修2：第7章6.实验：探究功与速度变化的关系
6．实验：探究功与速度变化的关系[学习目标] 1.[科学探究]通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系． 2.[科学方法]学习利用图象法探究功与速度变化的关系．]一、实验原理让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条…则橡皮筋对小车做的功为W、2W、3W、…通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次实验结束时小车的速度，最后分析每次做的功与速度的关系，总结出功与速度的关系．二、实验器材木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等．三、实验步骤1．按如图所示安装好实验仪器．2．平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫起，纸带穿过打点计时器并接在小车后面，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，直至打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点．3．第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况．4．换用2条、3条、4条…同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，用打点计时器和纸带记录小车的运动情况．四、数据处理1．求小车的最终速度：如图所示，测出纸带上点迹均匀的两点如A1、A3间的距离x，则小车的速度为v＝x 2T.2．计算小车做的功分别为W、2W、3W…时对应的v、v2、v3、v…的数值，填入表格．W 2W 3W 4W 5Wvv2v3v3．逐一与W的一组数值对照，判断W与v、v2、v3、v…的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W与v3、W与v间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．五、误差分析1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比．2．误差的另一主要来源是摩擦力平衡得不合适．3．利用纸带确定物体的速度时，点间距测量不准也会带来误差．4．作图描点不准带来误差．六、注意事项1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，轻推小车让其拖动纸带运动，根据打点计时器打在纸带上的点迹是否均匀来判断是否平衡了摩擦力．2．测小车速度时，纸带上的点迹应选均匀部分，也就是选小车做匀速运动时打的点迹．3．每次释放小车时，都要确保让它从同一位置由静止开始运动．4．所选橡皮筋的规格应一样，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．【例1】用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系，实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮筋弹力的作用下被弹出，沿木板滑行．小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸带，记录其运动情况，观察发现纸带前面部分点迹疏密不均，后面部分点迹比较均匀，回答下列问题：(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有________(选填“秒表”“天平”或“刻度尺”)．(2)适当垫高木板是为了_______________________________．(3)通过纸带求小车速度时，应使用纸带的________(选填“全部”“前面部分”或“后面部分”)．(4)若实验做了n次，所用橡皮筋分别为1根、2根…n根，通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2…v n，用W表示橡皮筋对小车所做的功，作出的W-v2图象是一条过坐标原点的直线，这说明W与v的关系是________．[解析](1)实验需要测出纸带上计数点间的距离，需要用到刻度尺．(2)将木板一端适当垫高，在没有橡皮筋的情况下使小车恰好做匀速运动，以使小车的重力沿斜面分力和摩擦力抵消，那么小车的合力就是橡皮筋的拉力．(3)橡皮筋拉力对小车所做的功全部完成后，打出来的点才能反映小车的速度，所以应使用纸带的后面部分．(4)W-v2图线是一条过坐标原点的直线，根据数学知识可确定W与速度v的平方成正比，即W＝k v2.[答案](1)刻度尺(2)平衡摩擦力(3)后面部分(4)W＝k v2【例2】用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时：(1)下列说法正确的是________(填字母代号)．A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度G．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度(2)若在实验中，我们用1条、2条、3条…同样的橡皮筋进行1次、2次、3次…实验．实验中，如果橡皮筋拉伸的长度都相等，那么每次橡皮筋对小车做的功可记作W、2W、3W…对每次打出的纸带进行处理，求出小车每次最后匀速运动时的速度v，记录数据见下表：功W 0W 2W 3W 4W 5W 6W v/(m·s－1)0 1.00 1.41 1.73 2.00 2.24 2.45(3)根据(2)题中的图象可以得出的结论是________．[解析](1)小车在水平面上运动时，由于受到摩擦阻力导致小车速度在变化．所以适当倾斜以平衡摩擦力，小车所能获得动能完全来源于橡皮筋做的功，故A正确；实验中每根橡皮筋做功均是一样的，所以所用橡皮筋必须相同，且伸长的长度也相同，故B正确；每次实验时橡皮筋伸长的长度都要一致，则一根做功记为W，两根则为2W，故C正确；实验中是通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值，故D错误；只要使用打点计时器的实验，都是先接通电源后释放纸带，故E错误；由于小车在橡皮筋的作用下运动，橡皮筋对小车做的功与小车能获得的最大速度有关，故F正确，G错误．(2)根据描点法可得，如图所示(3)由W-v2图线可知，图象为过原点的直线，因此W和v2成正比关系．[答案](1)ABCF(2)见解析(3)外力做功与物体速度平方成正比【例3】某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理，气垫导轨对滑块的阻力可忽略不计：(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x＝________cm.(2)若滑块、挡光条和拉力传感器的总质量为M，挡光条的宽度为d，挡光条通过光电门1和2所用的时间分别为Δt1和Δt2，滑块在两光电门间动能的变化量的表达式为______________.(3)对于该实验装置，你认为以下操作和要求一定要完成的是：________.A．需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量B．通过滑轮拉滑块的细绳在运动过程中必须保持与木板平行C．用天平测出砝码盘和砝码的质量mD．气垫导轨左端应垫高以平衡摩擦力[解析](1)光电门1处刻度尺读数为：20.30 cm，光电门2处刻度尺读数为：70.30 cm，故两光电门中心之间的距离s＝70.30 cm－20.30 cm＝50.00 cm；(2)由于光电门的宽度d很小，所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度．滑块通过光电门1的速度为：v1＝dΔt1，滑块通过光电门2的速度为：v2＝dΔt2，则动能的变化量为ΔE k＝12M v22－12M v21＝12M⎝⎛⎭⎪⎫dΔt22－12M⎝⎛⎭⎪⎫dΔt12.(3)A、该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，则A错误；B、调节滑轮细线与气垫导轨平行，保证拉力水平，则B正确；C、由于有拉力传感器直接显示绳子的拉力即为小车的合力，则不需要测量砝码盘和砝码的质量，C项错误；D 、气垫导轨喷气可以使小车悬浮在导轨上，不受摩擦力，故不需要平衡摩擦力，D 项错误．故选B.[答案] (1)50.00 (2)12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫dΔt 12(3)B1．某同学用如图所示装置做“探究和物体动能变化的关系”的实验时，先使小车不连接橡皮筋，小车在木板上恰能匀速下滑．则在橡皮筋弹力作用下，合外力对小车所做的功________(选填“大于”“小于”或“等于”)橡皮筋所做的功；若第一、三次分别用一条、三条相同的橡皮筋并在一起做实验，且两次橡皮筋的________相同，则第三次实验中合外力对小车所做的功是第一次实验的________倍．[解析] 小车受重力，支持力，摩擦力和橡皮筋的拉力，正确平衡好摩擦力后进行实验，合外力的功就等于橡皮筋拉力所做的功；因为是相同橡皮筋做实验，且两次橡皮筋的伸长量相同，故三条时橡皮筋做的功应是一条时的3倍．[答案] 等于 伸长量 32．在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，(1)为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的________(选填“左端”或“右端”)适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持________运动．(2)为了使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸到________．(3)如图所示，在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量．[解析](1)平衡摩擦力时应将木板固定有打点计时器的一侧适当垫高，使小车带动纸带做匀速直线运动．(2)实验时，每次应将不同数量的橡皮筋拉伸到同一位置．(3)橡皮筋做完功后，小车应做匀速运动，实验中应测小车做匀速运动的速度，在纸带上，要选用点迹间距离相等的计数点进行测量，应选用纸带上的GJ部分进行测量．[答案](1)左端匀速(2)相同位置(3)GJ3．下面探究“功与物体速度变化关系”的实验步骤，其合理顺序是________．①将小车拉至图中C处，使AB和BC间距离大致相等，接通打点计时器电源，放开小车，小车带动纸带运动，打下一系列的小点，由纸带分析求出小车通过B位置时的速度v，设第1次橡皮筋对小车做的功为W.②做出W-v、W-v2的图象，分析图象的特点，得出结论．③如图所示，先固定打点计时器，在长木板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋(即图示情况)，使橡皮筋处于自由长度．④用2条、3条…同样的橡皮筋进行第2次、第3次…实验，每次实验保持橡皮筋拉伸的长度不变，用同样的方法测出v2、v3…记下2W、3W…记入表格．[解析]合理顺序为③、①、④、②.[答案]③①④②4．在做“探究功与物体速度变化的关系”的实验时，小车的质量为m，使用橡皮筋6根，每次增加一根，实验中W、v、v2的数据已填在表格中．W v/(m·s－1)v2/(m2·s－2)00010.800.642 1.10 1.213 1.28 1.644 1.53 2.345 1.76 3.106 1.89 3.57(1)甲乙(2)从图象可以得出的实验结论是_________________．[解析](1)将表中的数据分别描在图甲、乙所示的两个坐标系中，然后在图甲中用平滑曲线连接，在图乙中用倾斜直线连接，并且使尽可能多的点分布在曲线上或对称分布在直线两侧，如图甲和乙所示．甲乙(2)从乙图看出W∝v2.[答案](1)见解析(2)W∝v25．某同学用如图所示的装置探究功与物体速度变化的关系．(1)图中所示的电磁打点计时器，应该配备4～6 V的________(选填“交流”或“直流”)电源．(2)实验中为了平衡小车所受的摩擦力，可将木板的________(选填“左”或“右”)端垫起适当的高度．(3)实验中通过改变橡皮筋的________(选填“长度”或“条数”)改变功的值．(4)操作正确的情况下，以功W为纵坐标，以________(选填“v”“v2”或“v”)为横坐标作出的图线最接近一条倾斜的直线．[解析](1)根据打点计时器的构造和原理可知，电磁打点计时器使用的是4～6 V的交流电源．(2)由图可知，小车在橡皮筋拉力作用下向右运动，为使橡皮筋做功为合外力做功，需要进行平衡摩擦力操作，即需要适当垫高木板的左端．(3)实验时，每次保持橡皮筋的形变量一定，当有n根相同橡皮筋并系在小车上时，n根相同橡皮筋对小车做的功就等于系一根橡皮筋时对小车做的功的n倍，这个设计很巧妙地解决了直接去测量力和计算功的困难，故实验中不需要测出一条橡皮筋对小车做功W的数值，因此只要改变橡皮筋的条数，即可改变做功的数值．(4)根据功能关系可知，作出W与v2的关系图象，图象为过原点的一条直线，说明功与v2成正比．[答案](1)交流(2)左(3)条数(4)v26．某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50 Hz.(1)(多选)实验中木板略微倾斜，这样做是为了________．A．使释放小车后，小车能匀加速下滑B．增大小车下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条…，合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1，…橡皮筋对小车做功后使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第四次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为________m/s.(3)若根据多次测量数据画出的W-v图象如图所示，根据图线形状，可知W与v的关系符合实际的是图________．[解析](1)实验中木板倾斜是为了平衡摩擦力，使橡皮筋松弛后小车做匀速运动，选项C、D正确．(2)v＝4×10－20.02m/s＝2 m/s.(3)实验证明W∝v2，所以W-v图线应为一条抛物线，C正确．[答案](1)CD(2)2(3)C7．某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中，设计了如图甲所示的实验．将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器或打点计时器．先用手提着纸带，使重物靠近计时器静止．然后接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点．得到的纸带如图乙所示，O点为计时器打下的第1个点，该同学对数据进行了下列处理；取OA＝AB＝BC，并根据纸带算出了A、B、C三点的速度分别为v A＝0.12 m/s，v B＝0.17 m/s，v C＝0.21 m/s.根据以上数据你能否大致判断W∝v2?[解析]设由O到A的过程中，重力对重物所做的功为W，那么由O到B过程中，重力对重物所做的功为2W.由O到C过程中，重力对重物所做的功为3W.由计算可知，v2A＝1.44×10－2m2/s2，v2B＝2.89×10－2m2/s2，v2C＝4.41×10－2m2/s2，v2Bv2A≈2，v2Cv2A≈3，即v2B≈2v2A，v2C≈3v2A由以上数据可以判定W∝v2是正确的，也可以根据W-v2的图线来判断(如图所示)．[答案]见解析莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。
2020-2021年高考物理必考实验五：探究功与速度变化的关系
2020-2021年高考物理必考实验五：探究功与速度变化的关系1.实验原理(1)改变功的大小:采用如图所示的实验装置,用1条、2条、3条……规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…。
(2)确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。
(3)寻找功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-√v、W-v或W-v2等图象。
分析图象,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的关系。
2.实验器材小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。
3.实验步骤(1)垫高木板的一端,平衡摩擦力。
(2)拉伸的橡皮筋对小车做功用一条橡皮筋拉小车——做功W;用两条橡皮筋拉小车——做功2W;用三条橡皮筋拉小车——做功3W……(3)测出每次做功后小车获得的速度v。
(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W-√v、W-v、W-v2或W-v3等图象,直到明确得出W和v的关系。
4.数据分析(1)求小车速度实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v=x(其中T为打点周期)。
2T(2)计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值,填入下面表格。
(3)作图象在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v 2图线,从中找出功与速度变化的关系。
5.注意事项(1)平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。
检验方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动。
(2)选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时打下的点。
(3)橡皮筋的选择:橡皮筋规格相同时,力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。
2020-2021学年物理人教版必修2学案：7.6 实验：探究功与速度变化的关系
6实验：探究功与速度变化的关系知识点一探究思路1．分析与猜测(1)通过研究重力做的功，我们确立了重力势能的表达式，通过分析弹力做的功，我们探究了弹性势能的表达式，那么，要研究动能的变化，也要从力做功开始．(2)物体在力的作用下通过一段位移时，力会对物体做功，物体的速度也会发生变化，所以二者之间存在联系．2．探究的思路(1)要探究功与物体速度变化的关系，就要改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度．(2)为简化实验，可将物体初速度设置为零，利用如图所示的装置进行实验，通过橡皮筋来对小车做功W，通过打点计时器打在纸带上的点测量小车获得的速度v，然后分析W与速度v的关系．知识点二实验器材木板、小车、橡皮筋、打点计时器(或电火花计时器)、电源、纸带等．知识点三实验步骤1．按下图装好实验器材，把木板稍微倾斜，以平衡小车所受的摩擦力．2．先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W，将这一组数据记入表格．3．用两条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．4．用三条、四条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功与速度，记入表格．5．分析数据，尝试作W－v，W－v2等图象，探究W、v的关系．在探究功与速度变化的关系实验中，某同学在实验中得到一条纸带如图所示，这条纸带上的两端较密，中间稀疏，出现这种情况的原因可能是(C)A．电源的电压不稳定B．木板倾斜的程度太大C．没有使木板倾斜或倾斜的程度太小D．小车受到的摩擦力与重力沿木板向下的分力平衡解析：由纸带可知，小车先加速后减速，说明当橡皮筋弹力较大时，小车加速，橡皮筋弹力较小时，尤其弹力等于零后，小车减速，说明小车在运动过程中存在阻力，应该是实验者没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够造成的．知识点四数据处理1．速度数值的获得：实验获得的是如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以，应该在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x，小车速度的表达式为v＝x2T，其中T是打点计时器的打点周期．即选择相邻距离基本相同的若干点A1、A2、A3…来计算小车匀速时的速度．2．计算W、2W、3W…时对应的v、v2、v3、v…等数值，填入下面表格.3.逐一与W的一组数值对照，判断W与v的可能关系或分别试探画出W与v、W与v2、W与v3、W与v间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．4．通过实验探究并作出W－v2图象，是一条过原点的倾斜直线，即在误差允许的范围内力对物体所做的功W与物体速度的平方成正比．为了计算由于橡皮筋做功而使小车获得的速度，在某次实验中某同学得到了如图所示的一条纸带，在A、B、C、D中应该选用哪个点的速度才符合要求？提示：实验中所要测量的速度应该是橡皮筋做功完毕后小车的速度，也就是小车所获得的最大速度，由题图可以看出，A、B两点橡皮筋还没有做功完毕，而D点是橡皮筋做功完毕后已经过了一段时间，所以最理想的应该是C点的速度．考点一对实验原理的考查【例1】为了探究功与物体速度变化的关系，现提供如图甲所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下由静止释放后沿木板前行，请思考探究思路并回答下列问题．(打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz)(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？_______________________________________________________(2)当分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W.橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，图乙所示是其中四次实验打出的部分纸带．请根据以上所述及纸带上的数据填写下表.次数123 4橡皮筋对小车做的功W小车获得的速度v(m/s)v2(m2/s2)________________________________________________.解答本题时应注意以下几点：(1)为保证只有橡皮筋做功，实验前需平衡摩擦力．(2)实验中是通过增加橡皮筋的条数来改变橡皮筋做的功．(3)小车由静止开始运动，橡皮筋做功结束后小车做匀速运动，利用纸带可求出小车获得的速度．【解析】(1)将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，直到轻推小车后，纸带上打出均匀分布的点．(2)橡皮筋做功结束后小车将做匀速直线运动，此时的速度就是小车获得的速度．从题图乙读出四次实验中小车匀速运动时一个打点时间间隔里的位移s分别是2.00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm.时间间隔t＝T＝1f＝0.02 s，将s、t代入公式v＝st可计算出表中所需填写数据．(3)研究表中功与对应的速度平方的关系可知：在误差允许的范围内，若物体从静止开始运动，外力做的功与速度的平方成正比．【★★★★答案★★★★】(1)将木板固定有打点计时器的一端垫起，使木板成为斜面，利用重力沿斜面的分力平衡摩擦力．(2)如下表所示：速度的平方成正比总结提能 1.保证每次橡皮筋的伸长相同，通过增加橡皮筋条数来改变外力所做的功，不需要计算功的具体数值；利用纸带上均匀分布的点测算小车获得的速度．2．实验中，为了只让橡皮筋做功，需要利用小车重力沿斜面的分力平衡掉摩擦力，所以，应该将木板一端适当垫高，轻推小车，直至小车可以做匀速运动．探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系的实验装置如图所示．(1)关于该实验，下列说法中正确的是D(填入选项前的字母)A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体值B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持相同C．实验中长木板应该保持水平D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下运动(2)实验中平衡摩擦力的正确方法是C(填入选项前的字母)A．使拖着纸带的小车由静止释放，小车不下滑即可B．使拖着纸带的小车由静止释放，小车能下滑即可C．轻推一下拖着纸带的小车，打点计时器在纸带上打下的点分布均匀即可D．不用拖纸带，轻推一下小车，小车能匀速下滑即可解析：(1)如果所使用的橡皮筋相同，保证每次实验中做功过程的位移(橡皮筋的伸长)相同，n条橡皮筋做的功将是一条时的n倍，所以，可用倍增法改变外力做的功，不需要测出橡皮筋做功的具体数值；由于要平衡摩擦力，所以木板不能水平；为了打出更多的点，以保证测量需要，应先接通打点计时器的电源，待打点稳定后再释放小车．选项D正确．(2)由于要平衡摩擦力及小车运动中纸带受到的阻力，保证只有橡皮筋做功改变小车的速度，所以要拖上纸带，轻推一下小车，看小车是否匀速运动，这可由纸带上的点是否均匀分布来判断．选项C正确．考点二实验数据处理【例2】某学习小组做“探究合力的功和物体速度变化的关系”的实验，如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板前行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致．每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和________(选填“交流”或“直流”)电源．(2)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是________(填选项前的字母)．A．橡皮筋处于原长状态B．橡皮筋仍处于伸长状态C．小车在两个铁钉的连线处D．小车已过两个铁钉的连线(3)在正确操作情况下，打下的一条纸带如图所示，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量．(4)下面是本实验的数据记录表：从理论上讲，橡皮筋做的功W n和小车速度v n的关系应是W n∝________.请运用表中测定的数据在下图所示的坐标系中作出相应的图象，验证理论的正确性．解答本题时应注意以下两点：(1)小车获得的速度应根据纸带上点迹均匀的部分来测算．(2)根据表中数据描点作图时，应使尽可能多的点落在直线上，不在直线上的点应均匀分布在直线的两侧．【解析】(1)打点计时器需用交流电源．(2)木板水平放置时，当橡皮筋的拉力等于摩擦力时，小车速度最大，此时橡皮筋处于伸长状态．(3)小车获得的速度是小车做匀速运动的速度，应选用纸带上点迹均匀分布的部分进行测算．(4)如图所示，在误差允许的范围内，图象是一条经过原点的直线，说明W n与v2n成正比．【★★★★答案★★★★】(1)交流(2)B(3)GK(只要取匀速部分均为正确)(4)v2n如解析图所示(见解析)总结提能在“探究功与速度变化的关系”的实验中，确定了橡皮筋对小车所做的功和小车获得的速度后，如果作出的W-v图线不是一条直线，可以根据测得的速度分别作出W-v2、W-v3、W-v……的图线，哪个图线为直线，则它们之间就具有正比关系．某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板前行．打点计时器工作的频率为50 Hz.(1)实验中木板略微倾斜，这样做CD.A．是为了释放小车后，小车能匀加速下滑B．是为了增大小车下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中选用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都把小车拉到同一位置后释放．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1……橡皮筋对小车做功后使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出，根据第4次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为2 m/s.(3)若根据多次测得的数据作出的W-v草图如图所示，根据图线形状，判断下列对W与v的关系作出的猜想肯定不正确的是AB.A．W∝v B．W∝1 vC．W∝v2D．W∝v3(4)如果W∝v2的猜想是正确的，则作出的W-v2图象应是一条过原点的直线．(5)在本实验中你认为影响实验效果的原因可能是木板倾斜过多(只要回答出一种原因即可)．解析：(1)使木板稍微倾斜的目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋松弛后小车能够做匀速运动，故选项C、D正确．(2)由纸带后半部分相邻两点间距离相同，可知小车开始做匀速运动，可求得v＝sT＝0.040.02m/s＝2 m/s.(3)由W-v图象可知，随着速度的增大，W的变化率增大，故猜想A、B是肯定不正确的．(4)若W∝v2，由函数关系可知W-v2图象应该是一条过原点的直线．(5)影响实验效果的因素很多，例如：橡皮筋规格不完全相同，小车质量太小，木板倾斜过多或过少，没有保证每次实验让小车从同一位置由静止释放，等等．考点三用其他方法探究功与速度的关系【例3】质量为1 kg的重锤自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交流电源，所打纸带如图所示，纸带上O点为重锤自由下落时的起始打点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点的距离如图所示．重力加速度为9.80 m/s2.(1)求出B、C、D、E、F各点对应的速度并填入下表.计数点 B C D E F速度(m/s)(2)功.计数点 B C D E F功(J)(3)功与速度的相关量之间的关系图象．图中纵坐标表示____________，横坐标表示____________，由图可知重力所做的功与____________成________．本题探究重力所做的功与速度变化之间的关系．通过对打点计时器在纸带上打出的点的分析，我们可以由公式v＝v＝ΔxΔt求出各点的速度，重力所做的功由W＝mgx求出．【解析】(1)各点的速度由公式v＝v＝ΔxΔt求出，则v B＝x ACΔt＝(125.4－31.4)×10－34×0.02m/s≈1.18 m/s.同理可求出：v C≈1.57 m/s，v D≈1.96 m/s，v E≈2.35 m/s，v F≈2.74 m/s.(2)重力做的功由W＝mgx求出，则W B＝mgx OB＝1×9.80×70.6×10－3 J≈0.69 J.同理可求出：W C≈1.23 J，W D≈1.92 J，W E≈2.76 J，W F≈3.76 J.(3)如图所示，图中纵坐标表示重力做的功W G，横坐标表示速度的平方v2，由图线可以看出，重力做的功W G与速度的平方v2成正比．【★★★★答案★★★★】(1)1.18 1.57 1.96 2.35 2.74(2)0.69 1.23 1.92 2.76 3.76(3)图见解析重力做的功W G速度的平方v2速度的平方v2正比总结提能除了利用橡皮筋可以探究功与速度变化的关系之外，还可以利用自由落体运动或气垫导轨进行探究．在用图象法处理数据时应注意：(1)合理地选取横、纵坐标(一般应使图线理论上为一直线)；(2)根据题目中所给数据合理地选取标度，使所作图线大致占满整个坐标纸；(3)画图线时要使尽可能多的点落在图线上，不在图线上的点均匀分布在图线的两侧；(4)能辨别明显错误的点并排除．为了探究功与物体速度变化的关系，现提供如图所示的装置．实验中将滑块(滑块上有可以放钩码的盒子)及钩码放在水平气垫导轨上，通过细线与钩码相连，滑块在钩码的作用下从导轨上固定位置由静止开始滑动，然后用光电门记下挡光条通过光电门的时间，再由导轨标尺测出滑块起始位置到光电门的距离．从盒子中取出钩码(每只钩码相同)加挂在细线另一端，重复以上过程，将每次细线上挂的钩码的个数及滑块通过光电门的时间记录在表格中，分析实验数据得出实验结论．(1)实验中用20分度游标卡尺测出挡光条的宽度如图所示，则挡光条的宽度l＝6.75 mm.(2)实验记录了4组数据如下面表格所示，请在下图中的坐标纸上作出相关物理量的图象，标清横轴和纵轴所代表的物理量及单位长度；由图象分析得出结论：物体获得的速度的平方v2与合外力所做的功W 成正比.实验次数钩码数n(横坐标)通过光电门的时间t(s)1t2(s－2)(纵坐标) 110.80 1.56220.57 3.08330.46 4.73440.40 6.25★★★★答案★★★★：1t2－n图象如解析图所示．解析：(1)挡光条的宽度l＝21 mm－0.95×15 mm＝6.75 mm.(2)由1t2－n图象为直线可知，1t2∝n，由于挡光条的宽度l一定，所以v2∝1t2，且钩码的重力对滑块与钩码构成的系统做的功W∝n，所以v2∝W，从而可得出结论：物体获得的速度的平方v2与合外力所做的功W成正比．1．在探究力对物体做功与速度变化的关系的实验中，每次橡皮筋的拉伸长度都保持不变，这样每次橡皮筋(B)A．做的功一样B．每条橡皮筋产生的弹性势能相同C．产生的动能相同D．产生的重力势能相同解析：本实验通过改变橡皮筋的根数来实现各次实验中弹力做的功成倍地改变，所以必须保证每次橡皮筋的拉伸长度不变，使每根橡皮筋产生的弹性势能相同，以使每根橡皮筋做的功一样，橡皮筋的总功成倍地变化，故B正确．2．(多选)在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，根据所获得的数据，使用Excel作图，则下列图线可能正确的是(AC)解析：由本节实验结论可知W∝v2，由此可知，选项A对．以W 为横坐标，以v为纵坐标，由于v∝W，v－W图线应为一开口向右的抛物线，选项B错．以W为纵坐标、以v为横坐标，W－v图线应为一开口向上的抛物线，选项C对．以W为纵坐标、以1v2为横坐标，W－1v2图线应为一反比例函数图线，选项D错．3．(多选)在运用如图所示装置做“探究功与速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是(AC)A．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度解析：本实验要探究橡皮筋的拉力做功与小车速度的关系．即要验证“W＝12m v2”．实验中，需要保证每次实验时橡皮筋的拉伸长度与第一次相同，通过改变橡皮筋的条数，从而得出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍，选项A正确，B错误；实验中要验证的“速度变化”指的是小车加速过程中获得的最大速度的变化，即通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度，所以选项C正确，D错误．4．测量滑块在运动过程中所受的合外力是“探究动能定理”实验要解决的一个重要问题．为此，某同学设计了如下实验方案：A．实验装置如图所示，一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑的轻质滑轮挂上钩码，用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫起，调整长木板的倾角，直至轻推滑块后，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；B．保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，让滑块沿长木板向下做匀加速直线运动．请回答下列问题：(1)滑块做匀速直线运动时，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是等间距(或均匀)的；(2)滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力大小等于(选填“大于”“等于”或“小于”)钩码的重力大小．解析：(1)纸带上的不同点痕记录了滑块在不同时刻的位置和不同时间内的位移，当滑块做匀速直线运动时，点痕的分布应该是等间距或均匀的．(2)悬挂钩码，滑块匀速下滑时，根据滑块的平衡条件有mg sinθ－F f－G码＝0，所以G码＝mg sinθ－F f；当保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，让滑块沿长木板向下做匀加速直线运动时，滑块受到的合外力F合＝mg sinθ－F f.显然，F合＝G码．5．在做探究功与速度变化的关系实验时，打出点的纸带上应该写出打这条纸带时所用的橡皮筋的数目．某同学分别用一条橡皮筋、两条橡皮筋做实验，打出了如图所示的纸带，但是该同学忘了在纸带上记录橡皮筋的数目，你能否帮助同学判断每条纸带对应的橡皮筋的数目？解析：因为实验中选取的橡皮筋都是相同的，所以每条橡皮筋的作用力也是相同的，用两条橡皮筋时的作用力是用一条橡皮筋时的作用力的两倍，那么加速度也是两倍．也就是说用两条橡皮筋时的速度变化得快．由题图可知，下面的纸带的速度变化快，所以下面的纸带应该是用两条橡皮筋时打的点．★★★★答案★★★★：下面的纸带应该是用两条橡皮筋时打的点感谢您的下载!快乐分享，知识无限！由Ruize收集整理！。
备考2020年高考物理一轮复习：第五章实验五探究功与速度变化的关系含解析
实验五探究功与速度变化的关系板块一主干梳理·夯实基础实验原理与操作◆实验目的1．探究外力对物体做功与物体速度的关系。
2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系。
◆实验原理1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W…2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。
这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据。
3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度的平方为横坐标，作出W-v2曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。
◆实验器材小车(前面带小钩)、100～200 g砝码、长木板(在两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、学生电源(使用电火花计时器时不用学生电源)、导线、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺。
◆实验步骤1．按如图所示将实验仪器安装好。
2．平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止。
3．先用1条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W，将这一组数据记入表格。
4．用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。
5．用3条、4条…橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。
数据处理与误差分析◆数据处理1．测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是v＝xT(T为打点计时器打点的时间间隔)。
2．记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。
3．数据处理：在坐标纸上(如图所示)画出W-v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。
2021届高考物理核心考点知识归纳、典例剖析与同步练习：探究功与速度变化的关系(试卷+答案+详解)
2021届高考物理核心知识点拨与典例剖析：探究功与速度变化的关系★重点归纳★1、实验器材：木板、小车、橡皮筋(若干）、砝码（应该使小车的质量大些）打点计时器、电源、纸带、钉子2、常见方案（1）方案一：①F合＝F T的条件：平衡摩擦②F T＝mg的条件：M车>>m物（2）方案二：①将打点计时器固定在一块平板上,让纸带的一端夹在小车后端,另一端穿过打点计时器.将平板安装有打点计时器的一端适当垫高,调整高度,直至轻推小车后使小车恰能在板上做匀速直线运动为止。
②将橡皮筋固定在小车前端.拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处,记下小车位置.接通打点计时器电源,释放小车。
③用2 条、3 条、4 条、5 条橡皮筋分别代替1 条橡皮筋重做实验,保证每次释放小车的位置相同,即橡皮筋被拉长的长度相同。
④在上述实验中打出的 5 条纸带中,分别找出小车开始近似做匀速运动的点,并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5。
3、数据处理在探究功与物体速度变化关系时得到w-v的一组数据如下:★举一反三★【例1】在用如图所示装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是（）A．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度【练习1】某研究性学习小组觉得教材中实验的测量过程较复杂，改进如下：如图所示，将教材中实验的长木板放在桌面的边缘，小车的前端放一小球，小车在橡皮筋作用下加速运动，到桌面边缘后小车在挡板作用下停止运动，小球做平抛运动，测出橡皮筋的条数为1、2、3、…、n时小球的平抛距离x1、x2、x3、…、x n，则()。
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2020-2021年高考物理必考实验五：探究功与速度变化的关系1.实验原理(1)改变功的大小:采用如图所示的实验装置,用1条、2条、3条……规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…。
(2)确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。
(3)寻找功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-√v、W-v或W-v2等图象。
分析图象,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的关系。
2.实验器材小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。
3.实验步骤(1)垫高木板的一端,平衡摩擦力。
(2)拉伸的橡皮筋对小车做功用一条橡皮筋拉小车——做功W;用两条橡皮筋拉小车——做功2W;用三条橡皮筋拉小车——做功3W……(3)测出每次做功后小车获得的速度v。
(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W-√v、W-v、W-v2或W-v3等图象,直到明确得出W和v的关系。
4.数据分析(1)求小车速度实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v=v(其中T为打点周期)。
2v(2)计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值,填入下面表格。
(3)作图象在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v 2图线,从中找出功与速度变化的关系。
5.注意事项(1)平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。
检验方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动。
(2)选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时打下的点。
(3)橡皮筋的选择:橡皮筋规格相同时,力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。
【最新高考真题解析】1.（2020年全国III 卷）某同学利用图（a ）所示装置验证动能定理。
调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。
某次实验得到的纸带及相关数据如图（b ）所示。
已知打出图（b ）中相邻两点的时间间隔为0.02 s ，从图（b ）给出的数据中可以得到，打出B 点时小车的速度大小v B =_____m/s ，打出P 点时小车的速度大小v P =_____m/s （结果均保留2位小数）。
若要验证动能定理，除了需测量钩码质量和小车的质量外，还需要从图（b ）给出的数据中求得的物理量为_________。
【答案】 (1). 0.36 (2). 1.80 (3). B 、P 之间的距离【解析】【详解】[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度2(4.00 2.56)10m/s=0.36m/s 0.04B v --⨯=2P (57.8650.66)10m/s=1.80m/s 0.04v --⨯=[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B 、P 之间的距离。
的【典例1】如图甲所示是某研究性学习小组做“探究橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验,图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出并沿木板滑行的情形。
这时,橡皮筋对小车做的功记为W。
当我们把2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。
小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打出的纸带测出。
(1)除了图中已给出的实验器材外,还需要的测量器材有。
(2)平衡摩擦力后,每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的部分进行测量。
(3)下面是本实验的数据记录表,请将第2次、第3次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置。
(4)从理论上讲,橡皮筋做的功W n和物体速度v n变化的关系应是W n∝,请你根据表中测定的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性。
【解析】(1)计算小车速度需要测量纸带上的点间的距离,要用刻度尺。
(2)小车匀速运动时,纸带上的点的间隔均匀。
(3)橡皮筋每增加一条,对小车做的功就增加W。
(4)纵坐标表示速度的平方,横坐标表示功,利用描点法描出各组数据对应的点,然后用平滑曲线连线作出v v2-W n图象,如图丙所示。
丙【答案】(1)刻度尺(2)点距均匀(3)2W 3W 4W 5W (4)v v2如图丙所示【针对训练1】某学习小组做“探究合力的功和物体速度变化的关系”的实验,图甲中小车是在1条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时橡皮筋对小车做的功记为W。
当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。
每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。
(1)除了图甲中已有的实验器材外,还需要导线、开关、(填测量工具)和(选填“交流”或“直流”)电源。
(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力,则下列操作正确的是()。
A.放开小车,能够自由下滑即可B.放开小车,能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是()。
A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线处(4)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用图乙中纸带的部分进行测量。
【解析】(1)为测量小车获得的速度,必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离;打点计时器必须使用交流电源。
(2)平衡摩擦力时,也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力。
根据平衡状态的特点,小车做匀速运动时证明平衡掉了摩擦力。
(3)若木板水平放置,则未平衡摩擦力。
小车速度最大时,也就是加速度为零的时刻,即橡皮筋对小车的作用力等于小车受到的摩擦力的时刻,此时橡皮筋处于伸长状态,小车还未到两个铁钉的连线处,B项正确。
(4)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量,此时小车的速度最大,即GK部分。
【答案】(1)刻度尺交流(2)D (3)B(4)GK【典例2】利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。
小车的质量M=200.0 g,钩码的质量m=10.0 g,打点计时器所用的电源为50 Hz的交流电。
甲(1)挂钩码前,为了平衡摩擦力,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到。
(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图乙所示。
选择某一点为0,依次每隔4 个计时点取一个计数点。
用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx,记录在纸带上。
计算打出各计数点时小车的速度v,其中打出计数点“1”时小车的速度v1= m/s。
乙(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取g=9.80 m/s2,利用W=mgΔx算出拉力对小车做的功W。
利用Mv2算出小车动能,并求出动能的变化量ΔE k。
计算结果见下表。
E k=12请根据表中的数据,在图丙中作出ΔE k-W图象。
丙(4)实验结果表明,ΔE k总是略小于W。
某同学猜想是由小车所受拉力小于钩码重力造成的。
用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F= N(结果保留2位有效数学)。
【解析】 (1)小车处于平衡状态,故它被轻推后能做匀速直线运动(打出的纸带点距均匀)。
=0.228 m/s。
(2)v1=v1+v22v(4)钩码受力如图丁所示根据牛顿第二定律得mg-F=ma小车所受合力的大小等于F,再由牛顿第二定律得F=Ma≈0.093 N。
联立解得F=vvvv+v丁【答案】 (1)小车做匀速直线运动(打出的纸带点距均匀)(2)0.228(3)如图戊所示(4)0.093戊【针对训练2】用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能。
将弹簧放置在水平气垫导轨上,左端固定,弹簧处于原长时右端在O点;在O点右侧的B、C位置各安装一个光电门,计时器(图中未画出)与两个光电门相连。
先用米尺测得B、C两点间距离s,再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置A,由静止释放,计时器显示遮光片从B到C所用的时间为t,用米尺测量A、O之间的距离x。
(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是。
(2)为求出弹簧的弹性势能,还需要测量。
A.弹簧原长B.当地重力加速度C.滑块(含遮光片)的质量(3)增大A、O之间的距离x,计时器显示的时间t将。
A.增大B.减小C.不变。
【解析】(1)滑块离开弹簧后做匀速直线运动,故v=vv(2)弹簧的弹性势能全部转化成了滑块的动能,所以还需要测量滑块(含遮光片)的质量,C项正确。
(3)增大A、O之间的距离x,滑块获得的动能增大,速度增大,故计时器显示的时间t将减小,B项正确。
【答案】(1)v=vv(2)C (3)B【典例3】用如图甲所示的装置来探究功和动能变化的关系。
木板上固定两个完全相同的遮光条A、B,将木板用不可伸长的细线绕过两个滑轮与弹簧测力计C相连,木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D上,轨道放在水平桌面上,P为小桶(内有沙子),滑轮质量、摩擦不计,重力加速度为g。
(1)实验中轨道应倾斜一定角度,这样做。
A.是为了释放木板后,木板能匀加速下滑B.是为了增大木板下滑的加速度C.可使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功D.可使得木板在未施加拉力时能匀速下滑(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度,如图乙所示,则遮光条的宽度d= cm。
(3)实验主要步骤如下:①测量木板、遮光条的总质量M,测量两遮光条之间的距离L;按甲图正确连接器材。
②将木板左端与轨道左端对齐,由静止释放木板,木板在细线的拉力下运动,记录弹簧测力计示数F及遮光条B、A先后经过光电门的时间t1、t2,则遮光条B、A通过光电门的过程中木板动能的变化量ΔE k= ,合外力对木板做功W= 。
(用字母M、t1、t2、d、L、F表示)③在小桶中增加沙子,重复②的操作。
④比较W、ΔE k的大小,得出实验结论。
(4)若在本实验中轨道水平放置,其他条件和实验步骤不变,假设木板与轨道间的动摩擦因数为μ,测得多组F、t1、t2的数据,并得到F与1v22-1v12的关系图象如图丙所示,已知图象在纵轴上的截距为b,直线的斜率为k,则μ=(用字母b、d、L、k、g表示)。
【解析】(1)轨道略微倾斜是为了平衡摩擦力,使木板在不受拉力的情况下做匀速直线运动,木板连上细绳后拉力等于其受到的合力,细线的拉力对木板做的功等于合力对木板做的功,故C、D两项正确。
(2)游标卡尺的读数先读出主尺的刻度数为1 mm,游标尺的刻度第14个刻度与上边的刻度对齐,所以游标尺的读数为0.05×14 mm=0.70 mm,总读数为1 mm+0.70 mm=1.70 mm=0.170 cm。