第6節(jié) 實驗：探究功與速度變化的關系1關于用橡皮筋探究功與物體速度變化的關系的實驗中，下列敘述正確的是a每次實驗必須設法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值b每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致c放小車的長木板應該盡量使其水平d先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出解析本實驗沒有必要測出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要測出以后每次實驗時橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足夠了，a錯；每次實驗橡皮筋拉伸的長度必須保持一致，只有這樣才能保證以后每次實驗時，橡皮筋做的功是第一次的整數(shù)倍，否則，功的數(shù)值難以測定，b錯；小車運動過程中會受到阻力，只有使木板傾斜到一定程度，才能減小誤差，c錯；實驗時，應該先接通電源，讓打點計時器開始工作，然后再讓小車在橡皮筋的作用下彈出，d正確。答案d2在探究功與物體速度變化的關系實驗中作出wv圖像如圖765所示，哪一個是符合實際的圖765答案c3在“探究恒力做功與動能改變的關系”實驗中(裝置如圖766甲)：圖766(1)下列說法哪一項是正確的a平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上b為減小系統(tǒng)誤差，應使鉤碼質(zhì)量遠大于小車質(zhì)量c實驗時，應使小車靠近打點計時器由靜止釋放(2)圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分，選取o、a、b、c為計數(shù)點，已知打點計時器使用的交流電頻率為50 hz，則打b點時小車的瞬時速度大小為_m/s(保留三位有效數(shù)字)。解析平衡摩擦力的原理就是在沒有拉力的情況下調(diào)整斜面傾角，使tan，a錯；為減小系統(tǒng)誤差應使鉤碼質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，b錯；實驗時使小車靠近打點計時器能充分利用紙帶，由靜止釋放則后面點測出的動能即等于該過程的動能變化量，便于利用實驗數(shù)據(jù)進行探究。據(jù)vb0.653 m/s可得打b點時小車的瞬時速度。答案(1)c(2)0.653限時45分鐘滿分60分1(3分)(多選)在“探究功與物體速度變化的關系”的實驗中，某同學在一次實驗中得到了一條如圖767所示的紙帶，這條紙帶上的點兩端較密，中間較疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是圖767a電源的頻率不穩(wěn)定b木板傾斜程度太大c沒有使木板傾斜或傾角太小d小車受到的阻力較大解析電源頻率不穩(wěn)定的可能性不大，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是小車在橡皮筋作用下加速運動，在橡皮筋恢復原長以后小車做減速運動，且受的阻力較大。答案cd2(3分)(多選)在“探究功與速度變化的關系”實驗中，小車在運動中會受到阻力作用。這樣，在小車沿木板滑行的過程中，除橡皮筋對其做功以外，還有阻力做功，這樣便會給實驗帶來誤差，我們在實驗中想到的辦法是使木板略微傾斜，對于木板的傾斜程度，下面說法中正確的是a木板只要稍微傾斜一下即可，沒有什么嚴格的要求b木板的傾斜角度在理論上應滿足下面條件：即重力使物體沿斜面下滑的分力應等于小車受到的阻力c如果小車在木板上能做勻速運動，則木板的傾斜程度是符合要求的d其實木板不傾斜，問題也不大，因為實驗總是存在誤差的解析平衡摩擦力常用墊高長木板固定打點計時器的一端的方法。若小車可在長木板上做勻速運動，則表明重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力，b、c正確。答案bc3(3分)橡皮筋釋放后，關于小車的運動，下列說法正確的是a一直做勻速直線運動b先做勻加速直線運動，再做勻速直線運動c先做加速度減小的變加速直線運動，再做勻速直線運動d先做加速度增大的變加速直線運動，再做勻速直線運動解析橡皮筋對小車的拉力是變力且逐漸變小，所以小車先做加速度減小的變加速直線運動，橡皮筋對小車做功完畢后，小車將做勻速直線運動，故正確答案為c。答案c4(4分)對于橡皮筋做的功來說，直接測量是有困難的。我們可以巧妙地避開這個難題而不影響問題的解決，只需要測出每次實驗時橡皮筋對小車做的功是第一次實驗的多少倍，使用的方法是a用同樣的力對小車做功，讓小車通過的距離依次為x、2x、3x、進行第1次、第2次、第3次、實驗時，力對小車做的功就是w、2w、3w、b讓小車通過相同的距離，第1次力為f，第2次力為2f、第3次力為3f實驗時，力對小車做的功就是w、2w、3w、c選用同樣的橡皮筋，在實驗中每次橡皮筋拉伸的長度保持一致，當用1條、2條、3條、同樣的橡皮筋進行第1次、第2次、第3次、實驗時，橡皮筋對小車做的功就是w、2w、3w、d利用彈簧測力計測量對小車的拉力f，利用直尺測量小車在力作用下移動的位移x，便可以求出每次實驗中力對小車做的功，可控制為w、2w、3w、解析實際操作第一次用一根橡皮筋，以后各次分別用2根、3根、且每次拉到同樣的長度，即能得到w、2w、3w、的功。答案c5(5分)某同學做探究合力做的功和物體速度變化的關系的實驗裝置如圖768所示，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行。用1條橡皮筋時對小車做的功記為w，當用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次實驗時，每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致。實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出。圖768(1)木板水平放置，小車在橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的的是a橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)b橡皮筋恰好恢復原長c小車恰好運動到兩個鐵釘?shù)倪B線處d小車已超過兩個鐵釘?shù)倪B線(2)如圖769所示是某次操作正確的情況下，在頻率為50 hz的電源下打點計時器記錄的一條紙帶，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的_(填“af”或“fi”)部分進行測量，速度大小為_m/s。圖769解析(1)因為木板水平放置，故實驗時沒有平衡摩擦力，當小車的速度最大時，合力為0，即橡皮筋的拉力和摩擦力的合力為0，所以橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，a正確、b錯誤；由此也可推知小車處于兩鐵釘連線的左方，c、d錯誤。(2)小車的速度應為橡皮筋對小車作用完畢時小車的速度，此時小車做勻速直線運動，故應選fi段。速度大小v m/s0.76 m/s。答案(1)a(2)fi0.766(4分)在完成本次實驗時，如果用一條橡皮筋進行實驗，與小車相連的紙帶如圖7610甲所示；如果用四條橡皮筋進行實驗，與小車相連的紙帶如圖7610乙所示。下列說法中正確的是圖7610用一條橡皮筋拉小車時，橡皮筋對小車做功為w；用四條橡皮筋拉小車時，橡皮筋對小車做功為4 w用一條橡皮筋拉小車時，小車速度最大可達到v；用四條橡皮筋拉小車時，小車速度最大可達到4 v用一條橡皮筋拉小車時，小車速度最大可達到v；用四條橡皮筋拉小車時，小車速度最大可達到2 v用一條橡皮筋拉小車時，小車速度最大可達到v；用四條橡皮筋拉小車時，小車速度最大既不是2 v，也不是4 vabc d答案b7(8分)某實驗小組的同學采用如圖7611所示的裝置(實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面)用打點計時器得到一條紙帶后，通過分析小車位移與速度變化的關系來研究合力對小車所做的功與速度變化的關系，圖7612是實驗中得到的一條紙帶，點o為紙帶上的起始點，a、b、c是紙帶上的三個連續(xù)的計數(shù)點，相鄰兩個計數(shù)點間均有4個點未畫出，用刻度尺測得a、b、c到o的距離如圖7612所示。已知所用交變電源的頻率為50 hz，則：圖7611圖7612(1)打b點時，小車的瞬時速度vb_m/s；(結果保留兩位有效數(shù)字)(2)實驗中，該小組的同學畫出小車位移l與速度v的關系圖像如圖7613所示，根據(jù)該圖線形狀，某同學對w與v的關系作出的猜想，肯定不正確的是_；(填寫選項字母代號)圖7613awv2 bwvcw dwv3(3)本實驗中，若鉤碼下落高度為h1時合力對小車所做的功為w0，則當鉤碼下落h2時，合力對小車所做的功為_。(用h1、h2、w0表示)解析(1)vb m/s0.80 m/s。(2)由題圖知，位移與速度的關系圖像很像拋物線，所以可能lv2或lv3，又因為wfl，f恒定不變，故wv2或wv3，a、d正確，b、c錯誤。(3)設合力為f，由w0fh1，得f，所以當鈞碼下落h2時wfh2w0。答案(1)0.80(2)bc(3)w08(8分)某實驗小組采用圖7614所示的裝置探究功與速度變化的關系，圖中小車中可放置砝碼，實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面，打點計時器工作頻率為50 hz。圖7614(1)實驗的部分步驟如下：在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細線連接小車和鉤碼；將小車停在打點計時器附近，_，_，小車拖動紙帶運動，打點計時器在紙帶上打下一系列點，_；改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復的操作。(2)圖7615是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg，砝碼質(zhì)量為0.02 kg時得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點o及a、b、c、d和e五個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到o的距離x及對應時刻小車的瞬時速度v，請將c點的測量結果填在表中的相應位置。圖7615紙帶的測量結果測量點x/cmv/(ms1)o0.000.35a1.500.40b3.210.45cd7.130.54e9.400.60解析在探究功與速度變化關系的實驗中，我們首先要驗證功w與速度v變化的關系，但不是正比的關系，而v2的變化即(v2v)與功是成正比的。(1)將小車停在打點計時器附近后，需先接通電源，再釋放小車，讓其拖動紙帶運動，待打點計時器在紙帶上打下一系列點后，關閉打點計時器電源。(2)c點對應的x5.09 cm，在驗證c點時，從紙帶上可知c點的速度就是bd段的平均速度，vc102 m/s0.49 m/s。答案(1)先接通電源再釋放小車關閉打點計時器電源(2)5.090.499(10分)某同學在探究功與速度變化的關系實驗中，設計了如圖7616甲所示的實驗，將紙帶固定在重物上，讓紙帶穿過電火花計時器或電磁打點計時器。先用手提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器的地方，然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列小點。得到的紙帶如圖7616乙所示，o點為計時器打下的第1個點，該同學對數(shù)據(jù)進行了如下處理：取oaabbc，并根據(jù)紙帶算出了a、b、c三點的速度分別為va0.12 m/s，vb0.17 m/s，vc0.21 m/s。根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判定wv2?圖7616解析本題考查了實驗探究的過程，設由o到a的過程中，重力對重物所做的功為w0，那么由o到b過程中，重力對重物所做的功為2w0，由o到c的過程中，重力對重物所做的功為3w0。由計算可知，v1.44102m2/s2，v2.89102m2/s2，v4.41102m2/s2，2，3，即v2v，v3v，由以上數(shù)據(jù)可以判定wv2是正確的。也可以根據(jù)wv2圖像來判定，如圖所示。答案見解析10(12分)某實驗小組采用如圖7617所示的裝置探究功與速度變化的關系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行。打點計時器工作頻率為50 hz。圖7617(1)實驗中木板略微傾斜，這樣做_；a是為了使釋放小車后，小車能勻加速下滑b是為了增大小車下滑的加速度c可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功d可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動(2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條，合并起來掛在小車的前端進行多次實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車。把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為w1，第2次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2w1，；橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出。根據(jù)第4次的紙帶(如圖7618所示)求得小車獲得的速度為_m/s；圖7618圖7619(3)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的wv草圖如圖7619所示，根據(jù)圖線形狀，可知對w與v的關系作出的猜想肯定不正確的是_；awbwcwv2 dwv3(4)如果wv2的猜想是正確的，則畫出的wv2圖像應是_；(5)在本實驗中你認為影響實驗效果的可能原因是_。(只要回答出一種原因即可)解析(1)使木板稍微傾斜的目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋松動后小車能夠做勻速運動，故選項c、d