高中物理第四章机械能和能源实验一探究合外力做功和动能变化的关系课时训练教科版

实验一探究合外力做功和动能变化的关系

1.(多选)关于“探究恒力做功与动能变化”的实验,下列说法中正确的是( AC )

A.应调节定滑轮的高度使细绳与木板平行

B.应调节定滑轮的高度使细绳保持水平

C.平衡摩擦力时,若纸带上打出的点越来越密,就应调大斜面倾角

D.平衡摩擦力时,若纸带上打出的点越来越疏,就应调大斜面倾角

解析:实验中调整定滑轮高度,使细绳与木板平行,这样能使细绳对小车的拉力等于小车受的合力,A对,B错;纸带上打出的点越来越密,表明小车做减速运动,摩擦力平衡不够,这时需要垫高木板一端,使斜面倾角增大,直到打出的点均匀为止,C对,D错.

2.(2017·北京卷,21)如图1所示,用质量为m的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.

(1)打点计时器使用的电源是(选填选项前的字母).

A.直流电源

B.交流电源

(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力.正确操作方法是(选填选项前的字母).

A.把长木板右端垫高

B.改变小车的质量

在不挂重物且(选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车,若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.

A.计时器不打点

B.计时器打点

(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A,B,C……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A,B,C……各点到O点的距离为x1,x2,x3……,如图2所示.

实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg,从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=,打B点时小车的速度v=.

(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据做出如图3所示的v2W图像.由此图像可得v2随W变化的表达式为.根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是.

(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图4中正确反映v2W关系的是.

解析:(1)打点计时器是一种使用交流电源的仪器,选项A错误,B 正确;

(2)平衡摩擦力和其他阻力的正确操作方法是垫高长木板固定打点计时器的一端,若小车拖着的纸带打点间距相等,则表明小车在长木板上做匀速运动,此时重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力和其他阻力.

(3)重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg,由功的定义式W=FL可得,拉力对小车做的功W=mgx2;由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度可

知,B点时小车的速度v=.

(4)由图像知,图线与纵轴截距为0.008,斜率k=4.69,结合图像横轴单位,可知v2=4.7W.图线

斜率的单位为=kg-1,可知与图线斜率有关的物理量应是质量.

(5)若已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,但重物质量不满足远小于小车质量,应有

W=mgx=(m+M)v2,M为小车质量,则v2=W,v2与W为正比关系,图中的A项正确.

答案:(1)B (2)A B

(3)mgx2

(4)v2=4.7W 质量

(5)A

3.某同学在研究“对不同物体做相同功情况下,物体质量与速度的关系”时,提出了以下四种猜想:

A.m∝v

B.m∝

C.m∝v2

D.m∝

为验证猜想的正确性,该同学用如图(甲)所示的装置进行实验:将长木板平放在水平桌面上,木块固定在长木板一端,打点计时器固定在木块上,木块右侧固定一轻弹簧.用连接纸带的小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放,打点计时器在纸带上打下一系列点,选取点迹均匀的一部分纸带,计算出小车匀速运动的速度v1,测出小车的质量m1;然后在小车上加砝码,再次压缩弹簧至木板虚线处由静止释放小车,计算出小车和砝码匀速运动的速度v2,测出小车和砝码的总质量m2;再在小车上加砝码,重复以上操作,分别测出v3,m3…

(1)每次实验中,都将小车压缩弹簧至长木板的虚线处由静止释放,目的是;若要消除每次实验中小车和纸带受到的阻力对小车运动的影响,应进行的实验操作是.

(2)某次实验采集的五组数据如下表:

m/kg 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 v/(m·s-1) 1.000 0.707 0.577 0.500 0.447

由表格数据直观判断,明显不正确的两个猜想是A,B,C,D中的;若对某个猜想进行数据处理并作图,画出了如图(乙)所示的图像,则图中的横坐标应是.

解析:(1)每次将小车压缩弹簧至长木板的虚线处,弹簧具有相同的弹性势能,这样每次对小车做的功相同,小车获得的动能相同;要消除阻力对小车运动的影响,应先平衡摩擦力,可垫高木板固定打点计时器的一端,静止释放小车时,小车连同纸带一起在木板上匀速运动. (2)由表中数据可知,明显不正确的两个猜想是A和C;由表中数据及图像可知小车的质量m

跟成正比,故横坐标为.

答案:(1)使小车获得相同的动能(弹簧对小车做功相同) 垫高木板固定打点计时器的一端,

静止释放小车时,小车连同纸带一起在木板上匀速运动(平衡摩擦力) (2)AC

4.在“探究做功与动能变化的关系”实验中,常用的两种实验方案如图所示.甲通过重物提供牵引力,小车在牵引力作用下运动,用打点计时器测量小车的速度,定量计算牵引力所做的功,

进而探究牵引力所做功与小车速度的关系;乙通过不同条数橡皮筋的作用下将小车弹出,用打点计时器测量小车的速度,进而探究橡皮筋对小车所做功与其速度的关系.

(1)针对这两种实验方案,以下说法正确的是.

A.甲可以只打一条纸带研究,而乙必须打足够多条纸带才能研究

B.甲中需要平衡小车运动中受到的阻力,而乙中不需要平衡阻力

C.甲中小车质量必须远大于所挂重物的质量,而乙中小车质量没有特别的要求

(2)某同学在实验中打出的一条纸带如图所示,0,1,2,…,7为纸带上连续打出的点,打点计时器的电源频率为50 Hz.根据这条纸带,可以判断他在实验中采用的方案是(选填“甲”或“乙”),实验中小车失去外力后的速度为 m/s.

解析:(1)甲实验中根据打下的一条纸带,运用匀变速直线运动的推论可求得速度,并能根据纸带测量出重物下落的距离,即可进行探究;在乙实验中,要改变拉力做功时,用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度,这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系,所以必须打足够多条纸带才能研究,故A正确.在两个实验中,小车下滑时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则都要用重力的下滑分力来平衡摩擦力,使得拉力的功等于合外力对小车做的功,故B错误.在甲实验中,要用重物的重力替代细线的拉力,必须满足这个条件:小车质量远大于所挂重物的质量;而在乙实验中,小车质量没有特别的要求,故C正确.(2)在甲实验中,小车做匀加速直线运动,根据推论Δx=aT2,在连续相等时间内位移应均匀增大;在乙实验中,小车先做变加速运动,在失去外力后做匀速直线运动.由纸带上的数据看出,此小车最后做匀速运动,故他在实验中采用的方案是乙.由数据看出,打点4后小车失

去外力,则速度为v==×1 m/s=1.75 m/s.

答案:(1)AC (2)乙 1.75

5.某实验小组的同学采用如图(甲)所示的装置(实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面)用打点计时器得到一条纸带后,通过分析小车位移与速度变化的关系来研究合力对小车所做的功与速度变化的关系.图(乙)是实验中得到的一条纸带,点O为纸带上的起始

点,A,B,C是纸带上的三个连续的计数点,相邻两个计数点间均有4个点未画出,用刻度尺测得A,B,C到O的距离如图(乙)所示.已知所用交变电源的频率为50 Hz,则: