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2019年高中物理 第四章 機械能和能源 實驗一 探究合外力做功和動能變化的關系課時訓練 教科版必修2 1.(多選)關于“探究恒力做功與動能變化”的實驗,下列說法中正確的是(　AC　) A.應調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細繩與木板平行 B.應調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細繩保持水平 C.平衡摩擦力時,若紙帶上打出的點越來越密,就應調(diào)大斜面傾角 D.平衡摩擦力時,若紙帶上打出的點越來越疏,就應調(diào)大斜面傾角 解析:實驗中調(diào)整定滑輪高度,使細繩與木板平行,這樣能使細繩對小車的拉力等于小車受的合力,A對,B錯;紙帶上打出的點越來越密,表明小車做減速運動,摩擦力平衡不夠,這時需要墊高木板一端,使斜面傾角增大,直到打出的點均勻為止,C對,D錯. 2.(xx北京卷,21)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)量遠小于小車質(zhì)量,可認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=　　　　. (4)以v2為縱坐標,W為橫坐標,利用實驗數(shù)據(jù)做出如圖3所示的v2W圖像.由此圖像可得v2隨W變化的表達式為　　　　　　　.根據(jù)功與能的關系,動能的表達式中可能包含v2這個因子;分析實驗結果的單位關系,與圖線斜率有關的物理量應是　　　　　　　. (5)假設已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件,則從理論上分析,圖4中正確反映v2W關系的是　　　　　　　. 解析:(1)打點計時器是一種使用交流電源的儀器,選項A錯誤,B 正確; (2)平衡摩擦力和其他阻力的正確操作方法是墊高長木板固定打點計時器的一端,若小車拖著的紙帶打點間距相等,則表明小車在長木板上做勻速運動,此時重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力和其他 阻力. (3)重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量,可認為小車所受的拉力大小為mg,由功的定義式W=FL可得,拉力對小車做的功W=mgx2;由勻變速直線運動中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度可知,B點時小車的速度v=. (4)由圖像知,圖線與縱軸截距為0.008,斜率k=4.69,結合圖像橫軸單位,可知v2=4.7W.圖線斜率的單位為=kg-1,可知與圖線斜率有關的物理量應是質(zhì)量. (5)若已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,但重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量,應有W=mgx=(m+M)v2,M為小車質(zhì)量,則v2=W,v2與W為正比關系,圖中的A項正確. 答案:(1)B　(2)A　B (3)mgx2　 (4)v2=4.7W　質(zhì)量 (5)A 3.某同學在研究“對不同物體做相同功情況下,物體質(zhì)量與速度的關系”時,提出了以下四種猜想: A.m∝v B.m∝ C.m∝v2 D.m∝ 為驗證猜想的正確性,該同學用如圖(甲)所示的裝置進行實驗:將長木板平放在水平桌面上,木塊固定在長木板一端,打點計時器固定在木塊上,木塊右側固定一輕彈簧.用連接紙帶的小車壓縮彈簧至長木板的虛線處由靜止釋放,打點計時器在紙帶上打下一系列點,選取點跡均勻的一部分紙帶,計算出小車勻速運動的速度v1,測出小車的質(zhì)量m1;然后在小車上加砝碼,再次壓縮彈簧至木板虛線處由靜止釋放小車,計算出小車和砝碼勻速運動的速度v2,測出小車和砝碼的總質(zhì)量m2;再在小車上加砝碼,重復以上操作,分別測出v3,m3… (1)每次實驗中,都將小車壓縮彈簧至長木板的虛線處由靜止釋放,目的是　　　　　　　　　　　　;若要消除每次實驗中小車和紙帶受到的阻力對小車運動的影響,應進行的實驗操作是　 . (2)某次實驗采集的五組數(shù)據(jù)如下表: m/kg 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 v/(ms-1) 1.000 0.707 0.577 0.500 0.447 由表格數(shù)據(jù)直觀判斷,明顯不正確的兩個猜想是A,B,C,D中的　　　　　　　;若對某個猜想進行數(shù)據(jù)處理并作圖,畫出了如圖(乙)所示的圖像,則圖中的橫坐標應是　　　　. 解析:(1)每次將小車壓縮彈簧至長木板的虛線處,彈簧具有相同的彈性勢能,這樣每次對小車做的功相同,小車獲得的動能相同;要消除阻力對小車運動的影響,應先平衡摩擦力,可墊高木板固定打點計時器的一端,靜止釋放小車時,小車連同紙帶一起在木板上勻速運動. (2)由表中數(shù)據(jù)可知,明顯不正確的兩個猜想是A和C;由表中數(shù)據(jù)及圖像可知小車的質(zhì)量m跟成正比,故橫坐標為. 答案:(1)使小車獲得相同的動能(彈簧對小車做功相同)　墊高木板固定打點計時器的一端,靜止釋放小車時,小車連同紙帶一起在木板上勻速運動(平衡摩擦力)　(2)AC　 4.在“探究做功與動能變化的關系”實驗中,常用的兩種實驗方案如圖所示.甲通過重物提供牽引力,小車在牽引力作用下運動,用打點計時器測量小車的速度,定量計算牽引力所做的功,進而探究牽引力所做功與小車速度的關系;乙通過不同條數(shù)橡皮筋的作用下將小車彈出,用打點計時器測量小車的速度,進而探究橡皮筋對小車所做功與其速度的關系. (1)針對這兩種實驗方案,以下說法正確的是　　　　. A.甲可以只打一條紙帶研究,而乙必須打足夠多條紙帶才能研究 B.甲中需要平衡小車運動中受到的阻力,而乙中不需要平衡阻力 C.甲中小車質(zhì)量必須遠大于所掛重物的質(zhì)量,而乙中小車質(zhì)量沒有特別的要求 (2)某同學在實驗中打出的一條紙帶如圖所示,0,1,2,…,7為紙帶上連續(xù)打出的點,打點計時器的電源頻率為50 Hz.根據(jù)這條紙帶,可以判斷他在實驗中采用的方案是　　　　(選填“甲”或“乙”),實驗中小車失去外力后的速度為　　　　 m/s. 解析:(1)甲實驗中根據(jù)打下的一條紙帶,運用勻變速直線運動的推論可求得速度,并能根據(jù)紙帶測量出重物下落的距離,即可進行探究;在乙實驗中,要改變拉力做功時,用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度,這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數(shù)關系,所以必須打足夠多條紙帶才能研究,故A正確.在兩個實驗中,小車下滑時受到重力、細線或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,則都要用重力的下滑分力來平衡摩擦力,使得拉力的功等于合外力對小車做的功,故B錯誤.在甲實驗中,要用重物的重力替代細線的拉力,必須滿足這個條件:小車質(zhì)量遠大于所掛重物的質(zhì)量;而在乙實驗中,小車質(zhì)量沒有特別的要求,故C正確.(2)在甲實驗中,小車做勻加速直線運動,根據(jù)推論Δx=aT2,在連續(xù)相等時間內(nèi)位移應均勻增大;在乙實驗中,小車先做變加速運動,在失去外力后做勻速直線運動.由紙帶上的數(shù)據(jù)看出,此小車最后做勻速運動,故他在實驗中采用的方案是乙.由數(shù)據(jù)看出,打點4后小車失去外力,則速度為v==1 m/s=1.75 m/s. 答案:(1)AC　(2)乙　1.75 5.某實驗小組的同學采用如圖(甲)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(乙)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(乙)所示.已知所用交變電源的頻率為50 Hz,則: (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(丙)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) A.W∝v2 B.W∝v C.W∝ D.W∝v3 (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/s=0.80 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l∝v2或 l∝v3,又因為W=Fl,F恒定不變,故W∝v2或W∝v3,A,D正確,B,C錯誤. (3)設合力為F,由W0=Fh1,得F=, 所以當鉤碼下落h2時W=Fh2=W0. 答案:(1)0.80　(2)BC　(3)W0