實驗5探究做功與物體速度變化的關(guān)系1.在探究“功和速度變化關(guān)系”的實驗中,小張同學(xué)用如圖甲所示裝置,嘗試通過測得細(xì)繩拉力(近似等于懸掛重物重力)做的功和小車獲得的速度的值進(jìn)行探究,則甲(1)(多選)下列說法正確的是。A.該方案需要平衡摩擦力B.該方案需要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量C.該方案操作時細(xì)繩應(yīng)該與木板平行D.該方案處理數(shù)據(jù)時應(yīng)選擇勻速時的速度(2)圖乙為B兩位同學(xué)穿紙帶方法,你認(rèn)為的正確。(3)某次獲得的紙帶如圖丙所示,小張根據(jù)點跡標(biāo)上了計數(shù)點,請讀出C計數(shù)點在刻度尺上的讀數(shù)cm,并求出C點對應(yīng)小車的速度為m/s(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。丙答案(1)ABC(2)B(3)9.82(9.809.85范圍都可)0.176(0.1750.180范圍都可)解析(1)實驗時小車受到的合力等于重物的拉力,因此該方案需要平衡摩擦力,故A正確;只有當(dāng)重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時,小車所受到的拉力近似等于重物的重力,否則實驗誤差將很大,因此該方案需要重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量,故B正確;小車受到的拉力等于重物的重力,該方案操作時細(xì)繩應(yīng)該與木板平行,故C正確;在該實驗方案中小車做勻加速直線運動,該方案處理數(shù)據(jù)時應(yīng)求出某計數(shù)點的瞬時速度與小車對應(yīng)于該點的位移,故D錯誤;故選A、B、C。(2)復(fù)寫紙應(yīng)套在定位軸上,并要壓在紙帶的上面,所以應(yīng)選B。(3)由圖示刻度尺可知,其分度值為1 mm,C點處刻度尺示數(shù)為9.82 cm;做勻變速直線運動的物體在某段時間內(nèi)的平均速度等于該段時間中間時刻的瞬時速度,則C點的速度:vC=BD2T=0.1170-0.0818250.02 m/s=0.176 m/s。2.(1)(多選)在用如圖所示裝置做“探究功與速度關(guān)系”的實驗,下列說法正確的是。A.為了平衡摩擦力,實驗中可以將長木板的左端適當(dāng)墊高,使小車?yán)┻^打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動B.為簡便起見,每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要相同,拉伸的長度要一樣C.可以通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值D.可以通過改變小車的質(zhì)量來改變拉力做功的數(shù)值E.實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源F.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度G.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度(2)(多選)在用如圖所示裝置做“探究功與速度變化關(guān)系”的實驗時,除了圖中已給出的實驗器材外,還需要的器材有。A.交流電源B.天平C.停表D.刻度尺(3)實驗中要求通過調(diào)整長木板的傾角來平衡小車受到的阻力,下列能判斷摩擦力已被平衡的方法是。A.釋放小車后,小車能夠下滑B.輕推一下小車,小車能夠勻速下滑C.釋放小車后,拖著紙帶的小車能夠下滑D.輕推一下小車,拖著紙帶的小車能夠勻速下滑答案(1)ABCF(2)AD(3)D解析(1)小車在水平面運動時,由于受到摩擦阻力,所以小車速度在變化,故適當(dāng)墊高木板以平衡摩擦力,使小車獲得的動能完全來自于橡皮筋做的功,故選項A正確;實驗中每根橡皮筋做功均是一樣的,所以所用橡皮筋必須相同,且伸長的長度也相同,故選項B正確;每次實驗時橡皮筋伸長的長度都要一致,若一根做功記為W,則兩根做功為2 W,故選項C正確;實驗中通過改變橡皮筋的條數(shù)來改變拉力做功的數(shù)值,故D錯誤;只要使用打點計時器的實驗,都是先接通電源后釋放紙帶,故E錯誤;利用紙帶上的點計算小車的速度時,應(yīng)選用紙帶上打點均勻部分進(jìn)行計算,表示小車最終的速度即最大速度,故F正確,G錯誤。(2)打點計時器需要使用交流電源,因此還需要的實驗器材是交流電源,計算最大速度時要測出相鄰兩點間的距離,故還需要刻度尺。(3)釋放小車后,小車若加速運動,則表示平衡摩擦力過度,故A錯誤;平衡摩擦力時要讓小車拖著紙帶勻速運動,故B錯誤;若釋放小車后,拖著紙帶的小車做變速運動,則不能說明已經(jīng)平衡摩擦力,故C錯誤;判斷摩擦力已被平衡的正確方法是:輕推一下小車,小車能夠拖著紙帶勻速運動,故D正確。3.某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上,將細(xì)繩一端拴在小車上,另一端繞過定滑輪,掛上適當(dāng)?shù)你^碼,使小車在鉤碼的牽引下運動,以此定量探究細(xì)繩拉力做功與小車動能變化的關(guān)系。此外還準(zhǔn)備了打點計時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等。組裝的實驗裝置如圖所示。若要完成該實驗,必需的實驗器材還有哪些。實驗開始時,他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是。A.避免小車在運動過程中發(fā)生抖動B.可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動D.可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力平衡摩擦力后,當(dāng)他用多個鉤碼牽引小車時,發(fā)現(xiàn)小車運動過快,致使打出的紙帶上點數(shù)較少,難以選到合適的點計算小車速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下,請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法:。(多選)他將鉤碼重力做的功當(dāng)做細(xì)繩拉力做的功,經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做的功總是要比小車動能增量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的。A.在接通電源的同時釋放了小車B.小車釋放時離打點計時器太近C.阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D.鉤碼做勻加速運動,鉤碼重力大于細(xì)繩拉力答案刻度尺、天平(包括砝碼)D可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)CD解析計算小車的動能變化需要用天平測質(zhì)量;在計算小車通過的位移、小車的瞬時速度時都需要用刻度尺測距離。只有細(xì)繩與木板平行時,才能保證小車運動過程中與木板間的壓力不變,才能保證小車所受摩擦力不變,即保證平衡摩擦力后繩的拉力等于小車所受合力,故D正確。要增加紙帶上所打下點的數(shù)目,只有減小小車運動的加速度,在所掛鉤碼數(shù)目不變的情況下只有增大小車的質(zhì)量,即在小車上增加砝碼或鉤碼。當(dāng)將鉤碼重力作為小車所受合力時,需滿足幾個條件:一是摩擦力被平衡,二是繩與木板平行,此二者可保證繩對車的拉力等于車所受合力,但車加速運動時鉤碼加速下降,鉤碼重力大于繩上拉力,則只有當(dāng)鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時二者才近似相等,故此情況可能是由C、D原因造成的。甲4.(1)小方同學(xué)采用了如圖甲所示的實驗方案“探究功與速度變化的關(guān)系”。(說明:實驗中橡皮筋型號相同)關(guān)于橡皮筋做功,下列說法正確的是 。A.橡皮筋做功的具體值可以直接測量B.橡皮筋在小車運動的全程中始終做功C.通過增加橡皮筋的條數(shù)從而增加橡皮筋對小車做的功D.若橡皮筋伸長量變?yōu)樵瓉淼?倍,則橡皮筋做功也增加為原來的2倍在正確操作情況下打在紙帶上的點如下圖所示,點與點之間的時間間隔為0.02 s,由圖可知,D點距O點的距離為 cm,請求出此次橡皮筋做功后小車最終獲得的速度為m/s(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。(2)小金同學(xué)采用如圖乙所示的實驗方案“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”。乙除打點計時器、學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小車、沙桶和細(xì)沙、刻度尺外,你認(rèn)為還需要的實驗器材有 。小車在運動過程中會受到摩擦力的作用,實驗中,可以使導(dǎo)軌適當(dāng)傾斜來平衡小車受到的摩擦力,則為了判斷是否已經(jīng)平衡摩擦力,下面操作正確的是 。A.將小車輕放在導(dǎo)軌上,放開小車后,小車能夠沿木板下滑B.將小車輕放在木板上,然后輕推小車,小車能夠沿導(dǎo)軌勻速下滑C.將連好紙帶的小車靠近打點計時器放置,放手后小車能夠沿木板下滑D.將連好紙帶的小車靠近打點計時器放置,然后輕推小車,小車能夠沿木板勻速下滑答案(1)C4.101.100.02 (2)天平D解析(1)橡皮筋的拉力是一個變力,我們無法用W=Fx進(jìn)行計算,故A錯誤;小車在橡皮筋的拉力作用下先加速運動,當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長時,小車由于慣性繼續(xù)前進(jìn),做勻速運動,橡皮筋在小車運動的全程中并非始終做功,選項B錯誤;橡皮筋伸長量按倍數(shù)增加時,功并不簡單地按倍數(shù)增加,因此我們要設(shè)法回避求變力做功的具體數(shù)值,通過把用一根橡皮筋做的功記為W,用兩根橡皮筋做的功記為2W,用三根橡皮筋做的功記為3W,從而回避了直接求變力做功的困難,故C正確。橡皮筋的拉力是一個變力,我們無法用W=Fx進(jìn)行計算,橡皮筋伸長量變?yōu)樵瓉淼?倍,橡皮筋做功比原來的兩倍要大,故D錯誤。故選C。小車勻速直線運動的速度v=xt=xFI3T=14.50-7.9030.0210-2 m/s=1.10 m/s。(2)在“探究加速度與x、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中,需要知道沙桶(含細(xì)沙)與小車的質(zhì)量,因此還需要天平;平衡摩擦力時,將連好紙帶的小車靠近打點計時器放置,放手后輕推小車,小車能夠沿木板勻速下滑,說明摩擦力得到平衡,故A、B、C錯誤,D正確。5.某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗裝置如圖1所示,圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的,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(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根據(jù)打點計時器所打在紙帶上的點進(jìn)行計算。圖2(1)除了圖1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,小車會受到摩擦阻力的作用,可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦阻力,則下面操作正確的是。A.放開小車,能夠自由下滑即可B.放開小車,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,能夠勻速下滑即可(3)在操作正確的情況下,打在紙帶上的點并不都是均勻的,為了測量小車獲得的速度,應(yīng)選用圖2紙帶的(填“AG”或“GJ”)部分進(jìn)行測量。(4)實驗時,小車的質(zhì)量為m,使用橡皮筋6根,每次增加一根,實驗中W、v、v2的數(shù)據(jù)已填在表格中。試在圖3中作出相應(yīng)的關(guān)系圖像。從圖像可以得出的實驗結(jié)論是。Wv(ms-1)v2/(m2s-2)00010.800.6421.101.2131.281.6441.532.3451.763.1061.893.57圖3答案(1)交流(2)D(3)GJ(4)見解析解析(1)除了圖中已有的實驗器材外,還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和交流電源。(2)平衡摩擦力時,不系橡皮筋,輕推拖著紙帶的小車,如果小車能夠勻速下滑,則恰好平衡摩擦力,故D正確,選D。(3)為了測量小車獲得的速度,應(yīng)選用紙帶上點跡均勻的部分來計算速度,即用紙帶的“GJ”部分進(jìn)行測量。(4)根據(jù)實驗數(shù)據(jù),作出相應(yīng)關(guān)系圖像如圖;從圖像可以得出的實驗結(jié)論是:Wv2。6.在“探究功與速度變化的關(guān)系”實驗中,某實驗小組采用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實驗:(1)實驗小組按正確的操作,將木板一端傾斜來平衡摩擦力,打出如圖乙所示三條紙帶,其中符合實驗要求的是(選填紙帶的字母編號)。乙(2)(多選)下列關(guān)于橡皮筋及其做功的說法正確的是。A.橡皮筋做功的值不需要測量B.增加規(guī)格相同的橡皮筋條數(shù),使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加C.在小車運動的過程中,橡皮筋一直對其做功D.將橡皮筋的長度拉伸為原來的兩倍,橡皮筋做的功增加了兩倍(3)在操作正確的前提下,打出的一條紙帶如圖丙所示,為了測量小車獲得的速度,應(yīng)選用紙帶的部分進(jìn)行測量;(4)在某次實驗中,實驗小組誤將木板水平放置,小車在橡皮筋作用下由靜止開始運動,當(dāng)小車運動到某一位置,橡皮筋恰好處于原長狀態(tài)。下列說法正確的是。A.此時小車速度最大B.此時小車加速度最大C.此后小車開始做勻速直線運動D.當(dāng)小車速度最大時,橡皮筋一定處于拉伸狀態(tài)答案(1)B(2)AB(3)HI(HK、或IK均可)(4)D解析(1)紙帶B的點跡均勻,說明小車勻速運動,平衡可摩擦力,則符合實驗要求的是B;(2)實驗中橡皮筋做功的值不需要測量,選項A正確;增加規(guī)格相同的橡皮筋條數(shù),使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加,選項B正確;在小車運動的過程中,橡皮筋只是剛開始時對小車做功,橡皮筋恢復(fù)原長后就不再對小車做功,選項C錯誤;由EP=12kx2,將橡皮筋的長度拉伸為原來的兩倍,橡皮筋做的功不是增加兩倍,選項D錯誤;故選A、B。(3)測量小車的速度時應(yīng)該用紙帶上點跡均勻的部分測量,即HI、HK、或IK部分均可;(4)由于木板水平放置,小車與木板間有摩擦力,則當(dāng)小車速度最大時,彈力等于摩擦力,此時橡皮筋一定處于拉伸狀態(tài),故選D。