備戰(zhàn)2020年高考物理 一遍過考點26 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系（含解析）

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1、實驗：探究功與速度變化的關(guān)系 內(nèi)容 要求 要點解讀 探究動能定理 低頻點。重點理解實驗探究方法和圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的方法 一、實驗?zāi)康? 探究功與速度變化的關(guān)系或驗證動能定理（功與速度的平方成正比關(guān)系）。 二、實驗器材 1．變力做功：橡皮筋、小車、木板、打點計時器和紙帶、鐵釘?shù)取? 2．恒力做功：鉤碼、小車、帶滑輪的木板、打點計時器和紙帶（或光電門）、細(xì)繩等。 三、主要誤差 1．橡皮筋不能嚴(yán)格相同，使橡皮筋拉力做的功與橡皮筋的條數(shù)不成正比。 2．鉤碼的重力作為小車受到的合外力時，鉤碼質(zhì)量沒有遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量造成的系統(tǒng)誤差。 3．平衡摩擦力不足或過度。 四

2、、注意事項 1．平衡摩擦力時，小車應(yīng)拉著紙帶，使小車重力沿斜面向下的分力與木板對小車的摩擦力、打點計時器對紙帶的阻力平衡。平衡時，打點計時器打出的紙帶上點跡間距相等，即小車做勻速直線運動。 2．變力做功時，測小車速度應(yīng)選紙帶上的點均勻的部分，也就是選小車做勻速運動的部分。 3．恒力做功時，用光電門測速度，應(yīng)考慮擋光部分的大小造成的誤差。 4．小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使力不變時，加速度較小，紙帶上打下的點多一些。 【改編題】某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，如圖1是小車在一條橡皮筋作用下由靜止彈出沿木板滑行的情形，這時，橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)

3、我們用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放，小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出。 （1）上圖中電火花計時器的工作電壓是________V的交流電。 （2）實驗室提供的器材如下：長木板、小車、橡皮筋、電火花計時器、紙帶、電源等，還缺少的測量工具是________。 （3）圖1中小車上有一固定立柱，圖2中給出了4種橡皮筋與立柱的套接方式，為減小實驗誤差，你認(rèn)為最合理的套接方式是________。 （4）實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動，應(yīng)采取的措施是_______________； （5）實驗中我們

4、應(yīng)測量小車的什么速度_______； A．全程的平均速度 B．加速階段的平均速度 C．任一點的瞬時速度 D．勻速階段的瞬時速度 （6）在操作正確的情況下，某次所打的紙帶如圖3所示。打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的______部分進(jìn)行測量，小車獲得的速度是______m/s。（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字） 圖3 （7）在本實驗中作出W—v圖象如圖4所示，比較符合實際的是______； 圖4 （8）本實驗結(jié)論是：橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝______。 【參考答案】（1）220 （2）刻度尺 （

5、3）A （4）把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力 （5）D（6）GJ 0.65 （7）C （8） 【詳細(xì)解析】（1）電火花計時器的工作電壓是220 V的交流電。 （2）處理實驗數(shù)據(jù)時需要測量兩計數(shù)點間的距離，因此還需要的器材是刻度尺。 （3） 實驗中需要測量的是小車脫離橡皮筋之后的速度，所以橡皮筋不能繞在小立柱上，故選A。 （4）由題意可知，橡皮筋的彈力為小車所受的合力，故需把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力； （5）為研究橡皮筋做的功和物體速度變化的關(guān)系，需測量小車勻速階段的瞬時速度，故選D； （6）由圖示紙帶可知，GJ部分計數(shù)點間的距離相等，小車做勻速直線運動，應(yīng)選

6、用的紙帶是GJ部分，小車獲得的速度v=×10–2 m/s=0.65 m/s。 （7）由該過程的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系可知，橡皮筋的彈性勢能通過彈力做功完全轉(zhuǎn)化為小車的動能，故W–v圖象為二次函數(shù)，故其圖象為C； （8）由以上分析可知本實驗結(jié)論是：橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝ 1．如圖所示為某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗裝置，圖中小車是在一條橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，這時，橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條、……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、……實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的

7、紙帶測出。下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表。 （1）除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和________（填“交流”或“直流”）電源。 （2）實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是___。 A．放開小車，能夠自由下滑即可 B．不安裝紙帶放開小車，給小車一個初速度，能夠勻速下滑即可 C．放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．放開拖著紙帶的小車，給小車一個初速度，能夠勻速下滑即可 （3）請運用表中測定的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中做出相應(yīng)的W—v2圖象； （4）根據(jù)描繪的圖象得出的結(jié)論是__________________

8、_________________________。 【答案】（1）交流 （2）D （3）如圖所示 （4）在誤差允許范圍內(nèi)，W∝v2 【解析】（1）實驗需要用打點計時器測速度，而打點計時器需要使用低壓交流電源。 （2）實驗前需要平衡摩擦力，把木板的一端適當(dāng)墊高，放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可，故ABC錯誤，D正確，故選D。 （3）在坐標(biāo)中認(rèn)真描點，然后再連線，即得到圖線。 （4）根據(jù)描出的圖線，我們得到一條傾斜的直線，所以可以說明，在誤差允許的范圍內(nèi)W∝v2。 【名師點睛】（1）打點計時器使用交流電源，實驗需要用刻度尺測量紙帶上兩點間的距離。 （2）實驗前應(yīng)平

9、衡摩擦力，把木板的一端適當(dāng)墊高使拖著紙帶的小車在木板上做勻速直線運動。 （3）描點連線，根據(jù)圖線得出結(jié)論。 【2019·中原名校聯(lián)盟高三第二次教學(xué)指導(dǎo)】某實驗小組的同學(xué)利用如圖所示的裝置完成了“探究加速度與力的關(guān)系”的實驗，沙桶和物塊通過細(xì)繩連接后放在水平的木板上，該小組的同學(xué)逐漸地增加沙桶中的細(xì)沙，當(dāng)物塊剛好運動時，傳感器顯示的示數(shù)為，之后再逐漸地增加沙桶中細(xì)沙的質(zhì)量，完成多次測量，記錄下多組傳感器的示數(shù)，并通過紙帶計算出每次所對應(yīng)的物塊的加速度。 （1）對該實驗的描述，下列說法正確的是__________。 A．每次操作都應(yīng)首先釋放物塊，再接通電源 B．傳感器的示數(shù)為

10、物塊運動時的合外力 C．改變沙桶中細(xì)沙的質(zhì)量后，不需要測量沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量 D．該實驗必須保證物塊的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量 （2）該實驗小組的同學(xué)根據(jù)得到的a、F數(shù)據(jù)作出了a–F圖象，其中正確的圖象為______；物塊運動過程中受到的滑動摩擦力大小為________；如果該圖線的斜率大小為k，則物塊的質(zhì)量應(yīng)為__________。 【參考答案】（1）C（1分） （2）B（1分） F0（1分） （1分） 【詳細(xì)解析】（1）實驗中應(yīng)該先接通電源再釋放紙帶，A錯誤；由于木板水平，因此傳感器的示數(shù)與物塊受到的摩擦力的合力為物塊運動時的合外力，B錯誤；細(xì)繩的拉力可以通過傳感器的

11、示數(shù)讀出，因此不需要測量沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量，也不需要保證沙桶和細(xì)沙的質(zhì)量遠(yuǎn)小于物塊的質(zhì)量，C正確，D錯誤； （2）物塊受細(xì)繩的拉力和滑動摩擦力的作用，由牛頓第二定律得，解得：，B正確；當(dāng)傳感器的示數(shù)為F0時，物塊開始滑動，則物塊所受的滑動摩擦力大小為；由關(guān)系式可知圖線的斜率為，則物塊的質(zhì)量為。 1．某同學(xué)采用如圖所示的裝置進(jìn)行了有關(guān)“動能定理”研究的實驗。其步驟如下： ①按圖把實驗器材安裝好，不掛配重，反復(fù)移動墊木直到小車能夠做勻速直線運動； ②把細(xì)線系在小車上并繞過定滑輪懸掛質(zhì)量為100 g的配重，接通電源，放開小車，電火花計時器在被小車帶動的紙帶上打下一系列點，從紙帶上某點A

12、開始，每隔4個點取一個計數(shù)點，依次標(biāo)為B、C、D……； ③測量出B、C、D……各點與A點的距離，分別記為x1、x2、x3……； ④用配重受到的重力分別乘以x1、x2、x3……，得到配重重力所做的功W1、W2、W3……（當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9.8 m/s2）； ⑤求出打B、C、D……各點時小車的速度大小，分別記為v1、v2、v3……，再求出其平方、、……； ⑥以速度的平方v2為縱坐標(biāo)，配重重力所做的功W為橫坐標(biāo)，作出圖象。 （以下計算均保留兩位小數(shù)） （1）在步驟4中，該同學(xué)測得x4=40.00 cm，則配重重力所做的功W4=______J。 （2）該同學(xué)得到的圖象如圖所示。通過圖象

13、可知，打A點時小車的速度v0=_______m/s。 （3）小車的質(zhì)量M=________kg。 【答案】（1）0.39 （2）0.50 （3）0.30 【解析】（1）配重重力做的功為W4=mgx4=100×10–3×9.8×40.00×10–2 J≈0.39 J。 （2）由圖可知，縱截距表示打A點時小車速度的平方，因此有，可得v0=0.50 m/s。 （3）根據(jù)動能定理有，可得，結(jié)合圖象的斜率，可得小車的質(zhì)量M=0.30 kg。 【名師點睛】用恒力做功探究動能定理時，由于力已知，則速度的平方實際上與位移成正比，就不必等力做完功才測速度。測量速度的方法不限于紙帶，也可以用光電門

14、或傳感器。 2．【2018·佛山市南海區(qū)高三七校聯(lián)合體考前沖刺】如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。 （1）實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正確操作方法是。把長木板右端墊高，在_____重物的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．不掛 B．掛 （2）接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個計數(shù)點，

15、已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，測得A、B、C……各點到O點的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實驗中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W=_____，打B點時小車的速度v=_____。 （3）以為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的圖象。由此圖象可得隨W變化的表達(dá)式為_____。根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達(dá)式中可能包含這個因子；分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_____。 （4）假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，下

16、圖中正確反映關(guān)系的是_____。 A． B． C． D． 【答案】（1）A （2）mgx2 （3） 質(zhì)量 （4）A 【解析】（1）平衡摩擦和其他阻力，是通過墊高木板右端，構(gòu)成斜面，使重力沿斜面向下的分力與阻力平衡，所以不要掛重物，故應(yīng)選A； （2）由于近似認(rèn)為拉力等于重力，所以根據(jù)W=Fs可知，拉力做功為W=mgx2；根據(jù)中點時刻的速度等于該段時間內(nèi)的平均速度，所以B點的速度等于AC段的平均速度，即； （3）根據(jù)圖象上的點，可以得出得v2隨W變化的表達(dá)式為：，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以功和能的單位是相同的，斜率設(shè)為k，則，代入單

17、位后，k的單位為kg-1，所以與該斜率有關(guān)的物理量為質(zhì)量； （4）如果實驗中完全消除了摩擦力和其他阻力，那么重物重力做的功就等于重物和小車動能的增加量，即，其中W=mgh，質(zhì)量是定值，所以v2與W成正比，A圖正確。 【名師點睛】實驗總存在一定的誤差，數(shù)據(jù)處理過程中，圖象讀數(shù)一樣存在誤差，因此所寫表達(dá)式的比例系數(shù)存在一定范圍內(nèi)即可，第（5）問有一定的迷惑性，應(yīng)明確寫出函數(shù)關(guān)系，再進(jìn)行判斷。 1．【2019·黑龍江學(xué)與考聯(lián)盟二模】如圖所示為探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗裝置。在傾斜放置的木板底端處固定一個速度傳感器（用來測量物塊每次通過底端的瞬時速度）。讓小物塊P分別從

18、不同高度無初速度釋放，讀出小物塊每次通過底端的速度v和測出初始位置到速度傳感器的距離x。 （1）實驗中，下列說法正確的是_______； A．不需要測出木板與水平面的夾角 B．需要測出木板與水平面的夾角 C．需要測量物塊的質(zhì)量 D．不需要測量物塊的質(zhì)量 （2）若為了更直觀地看出v和x的變化關(guān)系，應(yīng)該作出_______圖象（選填“–x”、“v–x”或“v2–x”）； （3）為了提高實驗的準(zhǔn)確性，減少誤差，請您提出合理的解決辦法 （至少一條）。 2．為了“探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系”，查資料得知：“彈簧的彈性勢能，其中k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧的形變量”。

19、某同學(xué)用壓縮的彈簧推靜止的小球（已知質(zhì)量為m）運動來探究這一問題。為了研究方便，把小鐵球O放在水平桌面上做實驗，讓小鐵球O在彈力作用下運動，即只有彈簧推力做功。該同學(xué)設(shè)計實驗如下： （1）如圖甲所示，將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小鐵球O，靜止時測得彈簧的形變量為d。在此步驟中，目的是要確定______，用m、d、g表示為______。 （2）如圖乙所示，將這根彈簧水平放在光滑桌面上，一端固定在豎直墻面，另一端與小鐵球接觸（不連接），用力推小鐵球壓縮彈簧；小鐵球靜止時測得彈簧壓縮量為x，撤去外力后，小鐵球被彈簧推出去，從水平桌面邊沿拋出落到水平地面上． （3）測得水平桌面離

20、地高為h，小鐵球落地點離桌面邊沿的水平距離為L，則小鐵球被彈簧彈出的過程中初動能Ek1＝______，末動能Ek2＝______（用m、h、L、g表示）；彈簧對小鐵球做的功W＝______（用m、x、d、g表示）。對比W和（Ek2－Ek1）就可以得出“外力做功與物體動能變化的關(guān)系”，即：“在實驗誤差范圍內(nèi)，外力所做的功等于物體動能的變化”。 3．用圖甲所示裝置探究做功與物體速度變化的關(guān)系，A、B是固定在長直木板上的兩個鐵釘。實驗時，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，通過改變橡皮筋的條數(shù)改變做功的多少，再根據(jù)紙帶上的打點確定小車對應(yīng)運動的速度，進(jìn)而探究做功與物體速度變化的關(guān)系。 （1

21、）關(guān)于該實驗的下列說法中，正確的有__________。 A．需要測出小車的質(zhì)量m B．需要選擇相同的橡皮筋進(jìn)行實驗 C．需要測出每根橡皮筋對小車所做的功W D．改變橡皮筋條數(shù)時小車必須從同一位置由靜止釋放 （2）實驗中得到一條紙帶如圖乙所示，1、2、3......是按時間先后順序標(biāo)出的計數(shù)點（每兩個相鄰計數(shù)點間還有4個打點未畫出，打點計時器的電源頻率為50 Hz）。小車質(zhì)量為1.0 kg，在打第5個計數(shù)點時小車的動能約為________J（保留兩位有效數(shù)字）；造成5至9各計數(shù)點間距不相等的原因可能是_____________。 （3）該小組用新、舊兩組橡皮筋分別做實驗，正確實驗操

22、作得到橡皮筋的條數(shù)n與小車對應(yīng)速度v的多組數(shù)據(jù)，作出v2–n的圖象如圖丙中的C、D所示，則用新橡皮筋得出的圖象是_______（選填“C”或“D”）。 4．為了“探究動能改變與合外力做功”的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案： A．第一步他把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘相連，然后跨過定滑輪，重錘夾后連一紙帶，穿過打點計時器，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板勻速運動，如圖甲所示。 B．第二步保持木板的傾角不變，將打點計時器安裝在木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使其穿過打點計時器，然后接通電源釋放滑塊，使之從靜止開始加速

23、運動，打出紙帶，如圖乙所示。打出的紙帶如圖丙所示： 試回答下列問題： （1）已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點的時間間隔為Δt，根據(jù)紙帶求滑塊速度，當(dāng)打點計時器打A點時滑塊速度=_______，打點計時器打B點時滑塊速度=____________。 （2）已知重錘質(zhì)量m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，要測出某一過程合外力對滑塊做的功，還必須測出這一過程滑塊_____________（寫出物理量名稱及符號），合外力對滑塊做功的表達(dá)式=____________。 （3）測出滑塊運動OA段、OB段、OC段、OD段、OE段合外力對滑塊所做的功以及。以v2為縱軸，以W為橫軸建立坐標(biāo)系，描點作出v

24、2–W圖象，可知它是一條過坐標(biāo)原點的傾斜直線，若直線斜率為k，則滑塊質(zhì)量M=____________。 5．【2019·中原名校聯(lián)盟高三第四次質(zhì)量考評】曉宇同學(xué)為了探究鐵塊的加速度與外力的關(guān)系，進(jìn)行了實驗，釋放瞬間如圖1所示，圖中有一處明顯的錯誤，請指出______________________，曉宇糾正錯誤后，進(jìn)行了如下的操作： （1）保持鐵塊的質(zhì)量不變（鐵塊的質(zhì)量始終小于鉤碼的質(zhì)量），將細(xì)繩由靜止釋放，改變鉤碼的個數(shù)，進(jìn)行多次操作，記錄每次操作時力傳感器的示數(shù)，并由打點計時器打出的紙帶求出每次操作所對應(yīng)的加速度，重力加速度用表示。 （2）曉宇同學(xué)將（1）中的多組實驗數(shù)據(jù)描繪在坐標(biāo)系

25、中，得到了如圖2所示的圖線，隨后由于不慎將橫坐標(biāo)軸所表示的物理量弄丟，請分析橫坐標(biāo)軸所代表的物理量應(yīng)為_________[用（1）中的物理量表示]； （3）如果將力傳感器放在圖中的O點，則測量誤差將_________（填“變大”、“不變”或“變小”）。 1．【2019·浙江選考】在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中，兩個相同的小車放在光滑水平板上，前段各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放重物。小車的停和動通過用黑板擦按住小車后的細(xì)線和抬起來控制，如圖1所示。實驗要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力。 請指出圖2中錯誤之處：____

26、___________________________。 調(diào)整好裝置后，在某次實驗中測得兩小車的位移分別是x1和x2，則兩車的加速度之比為___________。 2．【2019·江蘇卷】某興趣小組用如圖所示的裝置驗證動能定理． （1）有兩種工作頻率均為50 Hz的打點計時器供實驗選用： A．電磁打點計時器 B．電火花打點計時器 為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應(yīng)選擇 （選填“A”或“B”）； （2）保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔．實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動．同學(xué)甲認(rèn)為此時摩擦力的影響已得

27、到消除．同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動．看法正確的同學(xué)是 （選填“甲”或“乙”）； （3）消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼．接通打點計時器電源，松開小車，小車運動；紙帶被打出一系列點，其中的一段如題10-2圖所示。圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點的速度vA= m/s； （題10-2圖） （4）測出小車的質(zhì)量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為L．小車動能的變化量可用ΔEk=算出．砝碼盤中砝碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g；實驗中，小車的質(zhì)量應(yīng) （選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“接近”）砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量，小車所受

28、合力做的功可用W=mgL算出，多次測量，若W與ΔEk均基本相等則驗證了動能定理。 3．【2017·北京卷】如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。 （1）打點計時器使用的電源是_______（選填選項前的字母）。 A．直流電源 B．交流電源 （2）實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是_______（選填選項前的字母）。 A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量 在不掛重物

29、且_______（選填選項前的字母）的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．計時器不打點 B．計時器打點 （3）接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C……各點到O點的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。 實驗中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W=_________，打B點時小車的速度v=__

30、_______。 （4）以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實驗數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2–W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為_________________。根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達(dá)式中可能包含v2這個因子；分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_________。 （5）假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2–W關(guān)系的是________。 4．【2017·江蘇卷】利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M=200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g，

31、打點計時器的電源為50 Hz的交流電。 （1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_______。 （2）掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離，記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=______m/s。 （3）將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力對小車做的功W。利用算出小車動能，并求出動能的變化量。計算結(jié)果見下表。 2.45 2.92 3.35 3.81

32、4.26 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出圖象。 （4）實驗結(jié)果表明，總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=__________N。 1．【答案】（1）AD （2）v2–x （3）多次測量位移x，取平均值 【解析】（1）若只有重力做功，根據(jù)動能定理有，若有摩擦力，根據(jù)動能定理有，同樣兩邊可以簡化約去質(zhì)量m。每次實驗小物塊從不同初位置處靜止釋放，量出初位置到速度傳感器的位移、讀出小物塊到傳感器位置的速度，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)列出數(shù)

33、據(jù)表并描點作出圖象，從而找到位移與速度變化的關(guān)系，所以不需要測出木板與水平面的夾角。 （2）由動能定理可看出，合力不變時，v2和x成正比，即，故應(yīng)選v2–x。 （3）在該實驗條件下，測量位移x是產(chǎn)生誤差的主要原因，故合理的解決辦法之一是：多次測量位移x取平均值（其他合理的方法同樣給分）。 2．【答案】（1）彈簧勁度系數(shù)k （2）0 【解析】（1）將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小鐵球O，靜止時測得彈簧的形變量為d，在此步驟中，目的是由此確定彈簧的勁度系數(shù)； （3）小球彈出后做平拋運動，則水平方向：，豎直方向：，解得，所以小鐵球被彈簧彈出的過程中初動能Ek1＝0，

34、末動能，在此過程中彈簧彈力做功為。 3．【答案】（1）BD （2）0.75 沒有平衡摩擦力（或平衡摩擦力不足） （3）C 【解析】（1）實驗時用完全相同的橡皮筋對小車做功，通過改變橡皮筋的條數(shù)可以改變橡皮筋對小車做的功，實驗不需要具體求出橡皮筋做功的具體數(shù)值，但需要選擇相同的橡皮筋進(jìn)行實驗，同時改變橡皮筋條數(shù)時小車必須從同一位置由靜止釋放，從而使橡皮筋對小車做功成倍增加，然后根據(jù)打出的紙帶求出小車的速度，實驗不需要測出小車質(zhì)量，從而研究功與速度變化的關(guān)系，故BD正確，AC錯誤。 （2）根據(jù)運動學(xué)規(guī)律可知，中間時刻瞬時速度等于這段時間的平均速度，則第5個計數(shù)點時小車的速度為：；第5個

35、計數(shù)點時小車的動能約為：；實驗前要平衡摩擦力，平衡摩擦力后橡皮筋恢復(fù)原長時小車做勻速直線運動，紙帶上相鄰點間的距離相等，造成5至9各計數(shù)點間距不相等的原因可能是：沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 （3）舊橡皮筋老化，不同的橡皮筋伸長相等長度時彈性勢能不同，由圖示圖象可知，用新橡皮筋得出的圖象是C，由圖示圖象可知，v2與n成正比（v2與橡皮筋對小車所做的功成正比）。 【名師點睛】本題關(guān)鍵是涉及功的測量方法和用圖象法分析實驗數(shù)據(jù)，通過改變橡皮筋的條數(shù)巧妙地使總功整數(shù)倍地增加，同時要明確正比圖線是通過坐標(biāo)原點的直線。 4．【答案】（1） （2）下滑的位移 （3） 【解析】（1）根

36、據(jù)勻變速直線運動過程中中間時刻瞬時速度等于該過程中的平均速度可得：； （2）合外力為重錘的重力，要求出外力對滑塊做的功，還必須測出這一過程滑塊的位移x，則； （3）合外力做的功為，所以，已知直線斜率為k，所以。 5．【答案】（1）鐵塊距離電磁打點計時器太遠(yuǎn)（2） （3）變大 【解析】曉宇同學(xué)在實驗操作中有明顯錯誤，釋放瞬間鐵塊距離電磁打點計時器太遠(yuǎn)； （2）鐵塊受重力mg和細(xì)繩的拉力F，所以鐵塊受到的合力為，變形得：，所以橫軸代表的物理量是； （3）如果將力傳感器放在圖中的O點，由于滑輪的摩擦作用，則實驗的誤差將會變大。 1．【答案】拉小車的細(xì)繩與木板沒有平衡，托盤和砝碼的

37、總質(zhì)量m沒有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M 【解析】實驗要求小盤和重物所受的重力近似等于使小車做勻加速直線運動的力，則必須滿足托盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，從圖2可知托盤的質(zhì)量150 g，小車的質(zhì)量200 g，達(dá)不到要求；拉小車的細(xì)繩與木板沒有平行；兩小車的運動時間相同，根據(jù)位移時間公式可得。 2．【答案】（1）B （2）乙 （3）0.31（0.30~0.33都算對） （4）遠(yuǎn)大于 【解析】（1）為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應(yīng)選電火花打點計時器即B； （2）當(dāng)小車開始運動時有小車與木板間的摩擦為最大靜摩擦力，由于最大靜摩擦力大于滑動摩擦力，所以甲同學(xué)的看法錯誤，乙同學(xué)的看法正

38、確； （3）由圖可知，相鄰兩點間的距離約為0.62 cm，打點時間間隔為0.02 s，所以速度為 ； （4）對小車由牛頓第二定律有：，對砝碼盤由牛頓第二定律有：，聯(lián)立解得：，當(dāng)時，有：，所以應(yīng)滿足：。 3．【答案】（1）B （2）A B （3）mgx2 （4）v2=kW，k=(4.5~5.0) kg–1 質(zhì)量 （5）A 【解析】（1）打點計時器均使用交流電源，選B。 （2）平衡摩擦和其他阻力，是通過墊高木板右端，構(gòu)成斜面，使重力沿斜面向下的分力跟它們平衡，選A；平衡摩擦力時需要讓打點計時器工作，紙帶跟打點計時器限位孔間會有摩擦力，且可以通過紙帶上打出的點跡判斷小車的

39、運動是否為勻速直線運動，選B。 （3）小車拖動紙帶移動的距離等于重物下落的距離，又小車所受拉力約等于重物重力，因此W=mgx2；小車做勻變速直線運動，因此打B點時小車的速度為打AC段的平均速度，則。 （4）由圖3可知，圖線斜率k≈4.7 kg–1，即v2=4.7 kg–1·W；設(shè)小車質(zhì)量為M，根據(jù)動能定理有，變形得，即，因此與圖線斜率有關(guān)的物理量為質(zhì)量。 （5）若m不滿足遠(yuǎn)小于M，則由動能定理有，可得，v2與W仍然成正比關(guān)系，選A。 4．【答案】（1）小車做勻速運動 （2）0.228 （3）如圖所示 （4）0.093 【解析】（1）小車能夠做勻速運動，紙帶上打出間距均勻的點，則表明已平衡摩擦。（2）相臨計數(shù)點間時間間隔為T=0.1s，則。（4）根據(jù)牛頓第二定律，對整體有mg=(m+M)a，對鉤碼有mg–FT=ma，聯(lián)立解得繩上的拉力。 20