6　实验 探究功与速度变化的关系练习（Word版含解析）

第七章 机械能守恒定律
6　实验: 探究功与速度变化的关系
基础过关练
题组一　课本经典实验
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2021浙江嘉兴一中、湖州中学高二下期中联考)利用图示装置做“探究功与速度变化的关系”的实验。
(1)除了图中已给出的实验器材外,还需要的实验器材有　　　　。
A.学生电源 B.弹簧测力计
C.秒表 D.刻度尺
(2)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板左侧的高度,直至向右轻推小车观察到小车做　　　　(填“匀速”“匀加速”或“匀减速”)运动。
(3)关于该实验,下列叙述正确的是　　　　。
A.每次实验,为节约用电应先释放小车再接通电源
B.调节滑轮高度,使连接小车的细线与木板平行
C.需要测量钩码的质量和小车的加速度
2.(2021浙江温州瑞安中学高二上期中)如图甲所示,某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。当小车在一条橡皮筋的作用下沿木板滑行时,橡皮筋对小车做的功记为W。当用两条、三条…橡皮筋重复实验时,设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W…。
(1)图甲中电火花计时器的工作电压是　　　　。
(2)实验室提供的器材如下:长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等,还缺少的测量工具是　　　　。
(3)图甲中小车上有一固定小立柱,下列给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式,为减小实验误差,你认为最合理的套接方式是　　　　。
A
B
C
D
(4)在正确操作的情况下,某次所打的纸带如图乙所示,已知打点计时器所用电源频率为50 Hz,小车获得的速度是　　　　 m/s。(计算结果保留两位有效数字)
3.(2020北京学业考试,改编)如图甲所示,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,电火花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“探究功与速度变化的关系”的实验:
(1)打点计时器使用的电源是　　　　;
A.4~6 V交流电源
B.220 V交流电源
C.4~6 V直流电源
D.220 V直流电源
(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是　　　　;
A.把长木板右端垫高
B.把长木板左端垫高
C.改变小车的质量
D.改变重物的质量
(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。在打点过程中,重物始终在空中。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、…,如图乙所示。
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等于重物的重力大小。重力加速度大小为g。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=　　　　。(结果用题目中给出的符号表示)
4.在“探究功和速度变化的关系”的实验中,小张同学用如图甲所示装置,尝试通过测得细绳拉力(近似等于悬挂重物的重力)做的功和小车获得的速度的值进行探究,则
(1)下列说法正确的是　　　　。
A.该方案需要平衡摩擦力
B.该方案需要重物的质量远小于小车的质量
C.该方案操作时细绳应该与木板平行
D.该方案处理数据时应选择匀速时的速度
(2)图乙为A、B两位同学穿纸带所采用的方法,你认为　　　(选填“A”或“B”)的正确。
题组二　拓展创新实验
5.(2020广东深圳实验学校高三一模)如图所示是某学习小组设计的“探究做功与速度变化的关系”的实验装置,将光电门固定在直轨道上的O点,将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线通过一个定滑轮将小车与钩码相连,用拉力传感器记录小车所受拉力F的大小,通过光电门记录遮光条通过光电门的时间t,结合遮光条的宽度d计算出小车通过光电门时的速度。该小组提出如下操作方案:用同一钩码通过细线拉同一小车,每次小车从不同位置由静止释放,各位置A、B、C、D、E、F、G(图中只标出了G)与O点间的距离s分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。
(1)用该实验方案　　　　(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力。
(2)利用图象法处理实验数据,若以s为纵轴,以　　　　(填“”或“”)为横轴作出的图象是一条过原点的直线,则可得出做功与速度的关系。
(3)若该图象的斜率为k,则小车(含传感器)的质量为　　　　。
6.(2020河南郑州高三一模)某同学在“探究功与速度变化的关系”的实验中,同时测出实验中橡皮绳的劲度系数。所用实验装置如图所示,已知小球质量为m,具体实验步骤如下:
(1)将小球放在木板上,木板左端抬高一点,以平衡摩擦力。
(2)将原长为OM的橡皮绳一端固定在木板右端的O点,另一端通过力传感器连接小球,将小球拉至P点(M点左侧),测得OM的距离为l1,OP的距离为l2,力传感器示数为F,则橡皮绳的劲度系数为　　　　(用F、l1、l2表示)。
(3)将小球从P点由静止释放,在M点右侧放置一速度传感器,可测出小球通过传感器所在位置的速度v,改用2根、3根、…橡皮绳,重复操作过程,测出多组速度数值,如表所示。
橡皮绳 1根 2根 3根 4根 5根 6根
做功W W0 2W0 3W0 4W0 5W0 6W0
速度v/ (m·s-1) 1.01 1.41 1.73 2.00 2.24 2.45
速度平方v2/ (m2·s-2) 1.02 1.99 2.99 4.00 5.02 6.00
在坐标系中描点、连线,作出W-v2图象。
(4)由图象可知,橡
答案全解全析
6　实验: 探究功与速度变化的关系
基础过关练
1.答案　(1)D　(2)匀速　(3)B
解析　(1)电火花计时器用220 V交流电源,不需要学生电源,A错误;打出纸带后用刻度尺测量相邻两点间的距离,不需要弹簧测力计和秒表,B、C错误,D正确。
(2)当观察到小车匀速运动时,说明已经平衡了摩擦力。
(3)每次实验,应先接通电源再释放小车,A错误;调节滑轮高度,使连接小车的细绳与木板平行,此时绳子对小车的拉力就是小车受到的合外力,B正确;实验中应测出钩码的质量和小车的速度,不是加速度,C错误。
2.答案　(1)交流220 V　(2)刻度尺　(3)A　(4)0.65
解析　(1)电火花计时器使用的是220 V交流电源。
(2)因为要测量打点计时器打出的纸带上的点间距离,所以还需要刻度尺。
(3)最合理的套接方式是A,以A的套接方式释放小车后,橡皮筋不会影响小车的运动。
(4)由图乙可知,GJ部分每两点间的距离相等,小车做匀速直线运动,由这部分纸带知小车获得的速度v== m/s=0.65 m/s。
3.答案　(1)B　(2)A　(3)mgx2　
解析　(1)本实验采用电火花计时器,其所用的电源为220 V交流电源,故选B。
(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是把长木板右端垫高,构成斜面,使重力沿斜面向下的分力跟它们平衡,故选A。
(3)由题知,小车所受的拉力大小等于重物的重力大小,从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=mgx2;根据纸带中的信息可知B点的瞬时速度等于AC段的平均速度,则有v=。
4.答案　(1)ABC　(2)B
解析　(1)由于本实验探究细绳拉力做的功与小车速度变化关系,所以要平衡摩擦力,选项A正确;由于本实验中细绳拉力近似等于重物的重力,则需要重物的质量远小于小车的质量,选项B正确;若细绳与平板不平行,则影响压力,平衡摩擦力就没有意义,选项C正确;在该实验方案中小车做匀加速直线运动,该方案处理数据时应求出某计数点的瞬时速度与小车对应于该点的位移,选项D错误。
(2)从上往下安放的顺序是复写纸、纸带,所以B的正确。
5.答案　(1)需要　(2)　(3)
解析　(1)利用小车自身重力的分力平衡接触面的摩擦力,这样传感器测量的外力即小车受到的合外力,所以需要平衡摩擦力;
(2)平衡摩擦力后,拉力传感器测出的外力F即小车所受合外力,根据牛顿第二定律得F=ma
v2=2as
遮光条通过光电门的速度v=
联立以上各式解得s=·,所以s与成正比
(3)根据上述计算结果可知=k
解得小车(含传感器)的质量为m=。
6.答案　(2)　(3)图见解析　(4)橡皮绳做功与小球获得的速度的平方成正比(或W∝v2)
解析　(2)根据胡克定律有F=k(l2-l1),解得橡皮绳的劲度系数为k=。
(3)作出W-v2图象,如图所示:
(4)由图象可知,W-v2图象为过原点的一条直线,所以橡皮绳做功与小球获得的速度的关系为:橡皮绳做功与小球获得的速度的平方成正比。
皮绳做功与小球获得的速度的关系为　　　　。