2016_2017学年高中物理第7章机械能守恒定律6实验：探究功与速度变化的关系学业分层测评新人教版

实验：探究功与速度变化的关系

(建议用时：45分钟)

[学业达标]

1．小明和小帆同学利用如图7­6­7所示的装置探究功与速度的变化关系，对于橡皮筋和小车连接的问题，小明和小帆同学分别有两种接法，你认为正确的是________(填“甲”或者“乙”)

图7­6­7

【解析】橡皮筋不能拴在钉子上，所以甲的接法正确．

【答案】甲

2．某实验小组采用如图7­6­8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.

图7­6­8

(1)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7­6­9所示)求得小车获得的速度为________m/s.

图7­6­9

(3)若根据多次测量数据画出的W ­v 图象如图7­6­10所示，根据图线形状，可知W 与v 的关系符合实际的是图( )

图7­6­10

【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 ＝4×10－2

0.02

m/s ＝2 m/s

(3)实验证明W ∝v 2

，所以W ­v 图线应为一条抛物线，C 正确． 【答案】 (1)CD (2)2 (3)C

3．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 ­v 2的图象，分析图象的特点，得出结论．

③如图7­6­11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．

图7­6­11

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v 2、v 3…记下2W 、3W …记入表格．

【解析】 合理顺序为③、①、④、②. 【答案】 ③①④②

4．某同学利用图7­6­12甲探究力对物体做的功与物体速度的关系，得到了下表的数据：

图7­6­12

(1)由表可得出定性结论：

______________________________________________________________.

(2)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做功为W0，大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v的图象．(画在图7­6­12乙中)

(3)由图大致可判断出W与v的关系是

______________________________________________________________.

(4)填写下表的空白部分.

W0，则做功与拉长橡皮筋条数成正比，第2、3、4、5次拉长橡皮筋做功应分别为3W0、4W0、5W0、7W0.

(1)定性结论：橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大．

(2)W与v关系的图象为抛物线，如图所示．

(3)可能W∝v2.

(4)如表.

[能力提升]

5．某同学利用图7­6­13所示示装置探究外力做功与物体动能的关系．在水平光滑的桌面上固定竖直的挡板可以安装多个相同的水平弹簧，如果让小车压缩弹簧，释放小车后，弹簧的弹力对小车做功，可使小车的动能增加．已知弹簧刚恢复原长时，小车即到达最大速度，此处放置的电脑测速仪可以迅速测出小车的速度．现有5条完全相同的弹簧(图中只画出两条)可以完成实验．第一次在小车和竖直挡板之间放一条弹簧，推动小车压缩弹簧Δx后，由静止迅速释放小车，测出小车的速度为v1；第二次放两条弹簧，也压缩Δx后，由静止释放小车，测出小车的速度为v2；……现已测得四组数据，其中还欠缺一组数据，如下表所示：

【导学号：69390096】

图7­6­13

(2)由W­v2图象可知，W与v2的关系是________．

(3)请你根据已探知的规律，由图象对应的值将v4及v24分别填入表中对应的空白处．

【解析】(1)图象如图

(2)由图象可知W与v2成正比

(3)由图象可以看出v4及v24分别为0.400 0.160

【答案】见解析

6．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7­6­14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.

图7­6­14

根据以上数据你能否大致判断W ∝v 2?

【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，

v 2A ＝1.44×10－2m 2/s 2，v 2B ＝2.89×10－2m 2/s 2

，

v 2

C ＝4.41×10－2m 2

/s 2

，v 2B v 2A ≈2，v 2C

v 2A

≈3，

即v 2B ≈2v 2A ，v 2C ≈3v 2

A

由以上数据可以判定W ∝v 2

是正确的，也可以根据W ­v 2

的图线来判断(如图所示)．

【答案】 见解析