2019年高中物理 第四章 機(jī)械能和能源 實(shí)驗(yàn)一 探究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系課時(shí)訓(xùn)練 教科版必修21.(多選)關(guān)于“探究恒力做功與動(dòng)能變化”的實(shí)驗(yàn),下列說法中正確的是(AC)A.應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)繩與木板平行B.應(yīng)調(diào)節(jié)定滑輪的高度使細(xì)繩保持水平C.平衡摩擦力時(shí),若紙帶上打出的點(diǎn)越來越密,就應(yīng)調(diào)大斜面傾角D.平衡摩擦力時(shí),若紙帶上打出的點(diǎn)越來越疏,就應(yīng)調(diào)大斜面傾角解析:實(shí)驗(yàn)中調(diào)整定滑輪高度,使細(xì)繩與木板平行,這樣能使細(xì)繩對小車的拉力等于小車受的合力,A對,B錯(cuò);紙帶上打出的點(diǎn)越來越密,表明小車做減速運(yùn)動(dòng),摩擦力平衡不夠,這時(shí)需要墊高木板一端,使斜面傾角增大,直到打出的點(diǎn)均勻?yàn)橹?C對,D錯(cuò).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(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況.利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn).(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是(選填選項(xiàng)前的字母).A.直流電源B.交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中,需要平衡摩擦力和其他阻力.正確操作方法是(選填選項(xiàng)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(xiàng)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(yùn)動(dòng),表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響.A.計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B.計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源,釋放小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O.在紙帶上依次取A,B,C若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T.測得A,B,C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1,x2,x3,如圖2所示.實(shí)驗(yàn)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(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中,拉力對小車做的功W=,打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v=.(4)以v2為縱坐標(biāo),W為橫坐標(biāo),利用實(shí)驗(yàn)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(dá)式為.根據(jù)功與能的關(guān)系,動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子;分析實(shí)驗(yàn)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v2W關(guān)系的是.解析:(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的儀器,選項(xiàng)A錯(cuò)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(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端,若小車拖著的紙帶打點(diǎn)間距相等,則表明小車在長木板上做勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)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(yuǎn)小于小車質(zhì)量,可認(rèn)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(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間的平均速度可知,B點(diǎn)時(shí)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(jié)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(guān)的物理量應(yīng)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(yuǎn)小于小車質(zhì)量,應(yīng)有W=mgx=(m+M)v2,M為小車質(zhì)量,則v2=W,v2與W為正比關(guān)系,圖中的A項(xiàng)正確.答案:(1)B(2)AB(3)mgx2(4)v2=4.7W質(zhì)量(5)A3.某同學(xué)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(guān)系”時(shí),提出了以下四種猜想:A.mvB.mC.mv2D.m為驗(yàn)證猜想的正確性,該同學(xué)用如圖(甲)所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn):將長木板平放在水平桌面上,木塊固定在長木板一端,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在木塊上,木塊右側(cè)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(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),選取點(diǎn)跡均勻的一部分紙帶,計(jì)算出小車勻速運(yùn)動(dòng)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(jì)算出小車和砝碼勻速運(yùn)動(dòng)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(fù)以上操作,分別測出v3,m3(1)每次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中小車和紙帶受到的阻力對小車運(yùn)動(dòng)的影響,應(yīng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作是 .(2)某次實(shí)驗(yàn)采集的五組數(shù)據(jù)如下表:m/kg0.100.200.300.400.50v/(ms-1)1.0000.7070.5770.5000.447由表格數(shù)據(jù)直觀判斷,明顯不正確的兩個(gè)猜想是A,B,C,D中的;若對某個(gè)猜想進(jìn)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(biāo)應(yīng)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(dòng)能相同;要消除阻力對小車運(yùn)動(dòng)的影響,應(yīng)先平衡摩擦力,可墊高木板固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端,靜止釋放小車時(shí),小車連同紙帶一起在木板上勻速運(yùn)動(dòng).(2)由表中數(shù)據(jù)可知,明顯不正確的兩個(gè)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(biāo)為.答案:(1)使小車獲得相同的動(dòng)能(彈簧對小車做功相同)墊高木板固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端,靜止釋放小車時(shí),小車連同紙帶一起在木板上勻速運(yùn)動(dòng)(平衡摩擦力)(2)AC4.在“探究做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,常用的兩種實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量小車的速度,定量計(jì)算牽引力所做的功,進(jìn)而探究牽引力所做功與小車速度的關(guān)系;乙通過不同條數(shù)橡皮筋的作用下將小車彈出,用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量小車的速度,進(jìn)而探究橡皮筋對小車所做功與其速度的關(guān)系.(1)針對這兩種實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(yuǎn)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(xué)在實(shí)驗(yàn)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(diǎn),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50 Hz.根據(jù)這條紙帶,可以判斷他在實(shí)驗(yàn)中采用的方案是(選填“甲”或“乙”),實(shí)驗(yàn)中小車失去外力后的速度為 m/s.解析:(1)甲實(shí)驗(yàn)中根據(jù)打下的一條紙帶,運(yùn)用勻變速直線運(yùn)動(dòng)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(jìn)行探究;在乙實(shí)驗(yàn)中,要改變拉力做功時(shí),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(guān)系,所以必須打足夠多條紙帶才能研究,故A正確.在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中,小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)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(cuò)誤.在甲實(shí)驗(yàn)中,要用重物的重力替代細(xì)線的拉力,必須滿足這個(gè)條件:小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于所掛重物的質(zhì)量;而在乙實(shí)驗(yàn)中,小車質(zhì)量沒有特別的要求,故C正確.(2)在甲實(shí)驗(yàn)中,小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)推論x=aT2,在連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)位移應(yīng)均勻增大;在乙實(shí)驗(yàn)中,小車先做變加速運(yùn)動(dòng),在失去外力后做勻速直線運(yùn)動(dòng).由紙帶上的數(shù)據(jù)看出,此小車最后做勻速運(yùn)動(dòng),故他在實(shí)驗(yàn)中采用的方案是乙.由數(shù)據(jù)看出,打點(diǎn)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1.755.某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)采用如圖(甲)所示的裝置(實(shí)驗(yàn)中,小車碰到制動(dòng)裝置時(shí),鉤碼尚未到達(dá)地面)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到一條紙帶后,通過分析小車位移與速度變化的關(guān)系來研究合力對小車所做的功與速度變化的關(guān)系.圖(乙)是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶,點(diǎn)O為紙帶上的起始點(diǎn),A,B,C是紙帶上的三個(gè)連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有4個(gè)點(diǎn)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(diǎn)時(shí),小車的瞬時(shí)速度vB= m/s.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)實(shí)驗(yàn)中,該小組的同學(xué)畫出小車位移l與速度v的關(guān)系圖像如圖(丙)所示.根據(jù)該圖線形狀,某同學(xué)對W與v的關(guān)系作出的猜想,肯定不正確的是(填寫選項(xiàng)字母代號)A.Wv2B.WvC.W D.Wv3(3)本實(shí)驗(yàn)中,若鉤碼下落高度為h1時(shí)合力對小車所做的功為W0,則當(dāng)鉤碼下落h2時(shí),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(guān)系圖像很像拋物線,所以可能lv2或lv3,又因?yàn)閃=Fl,F恒定不變,故Wv2或Wv3,A,D正確,B,C錯(cuò)誤.(3)設(shè)合力為F,由W0=Fh1,得F=,所以當(dāng)鉤碼下落h2時(shí)W=Fh2=W0.答案:(1)0.80(2)BC(3)W0