7.6 探究功与速度变化的关系—人教版高中物理必修二检测

第六节探究功与速度变化的关系
1.在“探究功与速度变化的关系”的实验中，计算小车的速度时，应选择纸带上的哪些点进行计算(
)
A．小车开始运动的点
B．纸带上远离小车的点
C．纸带上靠近小车的点
D．确定小车做匀速运动的点
2.在用如图所示装置做“探究功与速度变化的关系”的实验；下列说法正确的是(
)
A．长木板要适当倾斜，以平衡小车运动过程中的摩擦力
B．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
C．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
D．利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最不均匀部分进行计算
3.在“探究功与速度变化的关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确．甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，即W－v图，如图甲所示，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论．乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，即W－v2图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论．关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是(
)
A．甲的分析不正确，乙的分析正确
B．甲的分析正确，乙的分析不正确
C．甲和乙的分析都正确
D．甲和乙的分析都不正确
4.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中作出W－v图象如图所示，哪一个是符合实际的(
)
A．
B．
C．
D．
5.(多选)在“探究功与速度变化的关系”实验中，下列叙述正确的是(
)
A．实验中所用的橡皮筋原长必须相同，粗细可以不同
B．实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都要相同
C．放小车的长木板应该尽量使其水平
D．在正确操作下，小车释放后先做加速运动，再做匀速运动
6.(多选)在“探究功与速度变化的关系”的实验中，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次…实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W…每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出．
关于该实验，下列说法正确的是(
)
A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的一端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动
B．实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力
C．每次实验小车必须从同一位置由静止弹出
D．实验中要先接通打点计时器的电源再释放小车
7.(多选)利用如图装置可以做许多实验，其中需要倾斜木板以平衡小车所受阻力的实验是(
)
A．“用打点计时器测速度”
B．“探究小车速度随时间变化的规律”
C．“探究加速度与力、质量的关系”
D．“探究做功与物体速度变化的关系”
8.某实验小组采用如图所示的装置探究合力对物体做的功与物体获得的速度的关系，图中小车中可放置砝码，打点计时器工作频率为50
Hz.
(1)实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，________，________，小车拖动纸带，打点计时器的纸带上打下一系列点，________；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作.
(2)下图是钩码质量为0.03
kg、砝码的质量为0.02
kg时得到的一条纸带，在纸带上选择O、A、B、C、D和E六个计数点，可获得A、B、C、D、E各点到O点的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在下表中的相应位置.
纸带的测量结果
(3)在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，________做正功，________做负功.
(4)实验小组根据实验数据绘出了如图所示的图线(其中Δv2＝v2－v)，根据图线可获得的结论是________________________.
9.某同学利用如图所示的装置“探究功与速度变化的关系”.
①小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后做平抛运动落至水平地面上，落点记为M1；
②在钉子上分别套上2条、3条、4条……同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤①，小物块落点分别记为M2、M3、M4……
③测量相关数据，进行数据处理.
(1)为求出小物块抛出时的速度，需要测量下列物理量中的________(填选项前的字母).
A.小物块的质量m
B.桌面到地面的高度h
C.小物块抛出点到落地点的水平距离L
D.橡皮筋的伸长量Δx
(2)几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为W1、W2、W3……小物块从抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3……若功与速度的二次方成正比，则应以W为纵坐标、________为横坐标作图，能得到一条直线，则可说明功与速度的二次方成正比.
(3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于________(选填“偶然误差”或“系统误差”).
10.在“探究功与速度变化的关系”的实验中，某实验研究小组的实验装置如图甲所示．木块从A点静止释放后，在一根弹簧作用下弹出，沿足够长的木板运动到B1点停下，记录此过程中弹簧对木块做的功为W1.O点为弹簧原长时所处的位置，测得OB1的距离为L1.再用完全相同的2根、3根…弹簧并在一起进行第2次、第3次…实验并记录2W1,3W1…及相应的L2、L3…数据，用W－L图象处理数据，回答下列问题：
(1)如图乙是根据实验数据描绘的W－L图象，图线不过原点的原因是___________；
(2)由图线得木块从A到O过程中摩擦力做的功是_________W1；
(3)W－L图象斜率的物理意义是__________________________________．
答案
1.【答案】D
【解析】当橡皮筋恢复原长时，小车合外力为零，做匀速运动，此时速度最大，因此此时速度即为小车最终获得的速度，所以应选择纸带上确定小车做匀速运动的点，故D正确.
2.【答案】A
【解析】为使橡皮筋的拉力所做的功等于合外力的功，长木板要适当倾斜，以平衡小车运动过程中的摩擦力，A正确；每次实验没有必要算出橡皮筋对小车做功的具体数值，B错误；每次实验中，橡皮筋拉伸的长度要保持一致，才能有1W、2W、3W……的关系，C错误；
利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点均匀部分进行计算，才表示最终的速度，D错误．
3.【答案】A
【解析】图甲中W－v图象是曲线，不能说明功与速度的平方一定成正比，图乙中W－v2图象是过原点的倾斜直线，说明功与速度的平方一定成正比，故A正确．
4.【答案】C
【解析】实验证明，力做的功W与物体速度v的二次方成正比，故作出的W－v图象应为一条抛物线，C正确．
5.【答案】BD
【解析】在实验中用n根相同橡皮筋对小车做的功就等于系一根橡皮筋时对小车做的功的n倍，这个设计很巧妙地解决了直接去测量力和计算功的困难，所以实验中的橡皮筋须相同，且伸长的长度都要相同，故A错误，B正确．为了保证小车的速度都是橡皮筋做功的结果，必须平衡摩擦力，长木板要适当的倾斜，故C错误．在正确的操作下，小车释放后在橡皮筋的作用下先做加速运动，当橡皮筋恢复原长后，做匀速运动，故D正确.
6.【答案】ACD
【解析】AB、当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，所以实验中可以将长木板的一端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动，故A正确，B错误；C、由于小车的初速度为零，所以必须从同一位置静止释放，故C正确；D、使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车，故D正确.
7.【答案】CD
【解析】A.打点计时器是每隔0.02
s打下一个点，所以数点就知道时间间隔，用打点计时器测速度的实验中，小车是否受到摩擦力对实验没有影响．故A错误．B.探究小车速度随时间变化的规律的实验中，实验的数据与摩擦力无关，即小车是否受到摩擦力对实验没有影响，故B错误．C.探究加速度与力、质量的关系的实验中，物体受到的拉力必须等于砝码与砝码盘的合力，实验需要倾斜木板以平衡小车所受阻力，故C正确．D.探究做功与物体速度变化的关系实验中，物体受到的拉力必须等于橡皮筋的弹力，所以需要倾斜木板以平衡小车所受阻力．故D正确.
8.【答案】(1)②接通电源
放开小车
关闭电源
(2)5.08(±0.01)
0.50(±0.01)
(3)钩码的重力
摩擦力
(4)Δv2与x成正比
【解析】(1)根据打点计时器的使用规则可以知道，将小车停在打点计时器附近，先接通电源，后放开小车，打点完毕后，立即关闭电源.
(2)C到O的距离为：xOC＝6.08
cm－1.00
cm＝5.08
cm
由匀变速直线运动规律得：vC＝＝≈0.50
m/s
(3)小车末初速度的平方差与位移成正比，即v2－v02＝kx
运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，钩码重力做正功，小车与木板及纸带与打点计时器间的摩擦力做负功.
(4)实验小组根据实验数据绘出了题图中的Δv2－x图线，得到的图线是过原点的直线，说明Δv2与x成正比.
9.【答案】(1)BC
(2)L2
(3)系统误差
【解析】(1)小物块离开桌面后做平抛运动，根据桌面到地面的高度h＝gt2，可计算出平抛运动的时间，再根据小物块抛出点到落地点的水平距离L＝v0t，可计算出小物块离开桌面时的速度，故B、C正确，A、D错误.
(2)根据h＝gt2和L＝v0t，可得v＝L2，因为功与速度的平方成正比，所以W与L2正比，故应以W为纵坐标、L2为横坐标作图，才能得到一条直线.
(3)一般来说，能够从多次测量揭示出的实验误差称为偶然误差，不能从多次测量揭示出的实验误差称为系统误差.由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差.
10.【答案】(1)未计算AO间的摩擦力做功
(2)
(3)摩擦力
【解析】(1)从A到B根据能量守恒可得：W＝Wf＝FfL，所以图象不过原点的原因是在AO段还有摩擦力做功；(2)由图知图象两点坐标为(1,0.06)、(5,0.42)代入W＝Wf＝FfL解得木块从A到O过程中摩擦力做的功为W1；(3)由W＝Wf＝FfL知图象的斜率为摩擦力．