2020高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 實(shí)驗(yàn)五 探究功與速度變化的關(guān)系學(xué)案(含解析).doc
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探究功與速度變化的關(guān)系 主干梳理 對(duì)點(diǎn)激活 1.探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系。 2.通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系。 1.改變功的大小:采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置,用1條、2條、3條…規(guī)格相同的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢糜伸o止釋放,橡皮筋拉力對(duì)小車所做的功依次為W、2W、3W…。 2.測(cè)量速度的大?。盒≤嚝@得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出,也可以用其他方法測(cè)出。 3.確定功與速度變化的關(guān)系:以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo),小車獲得的速度的平方為橫坐標(biāo),作出Wv2圖線,分析這條圖線,可以得知橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系。 小車(前面帶小鉤)、長木板(在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源(使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)不用學(xué)生電源)、導(dǎo)線、5~6條規(guī)格相同的橡皮筋、刻度尺。 1.按實(shí)驗(yàn)原理圖將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好。 2.平衡摩擦力:在長木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊木塊,反復(fù)移動(dòng)木塊的位置,直至小車上不掛橡皮筋時(shí),輕推小車,紙帶打出的點(diǎn)間距均勻,即小車能勻速運(yùn)動(dòng)為止。 3.先用1條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1,設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W,將這一組數(shù)據(jù)記入表格。 4.用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)中小車的釋放位置與第一次相同,這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為2W,測(cè)出小車獲得的速度v2,將數(shù)據(jù)記入表格。 5.用3條、4條…橡皮筋做實(shí)驗(yàn),用同樣的方法測(cè)出相應(yīng)速度v3、v4…,并設(shè)橡皮筋對(duì)小車做的功為3W、4W…,將數(shù)據(jù)記入表格。 1.測(cè)量小車的速度:實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶,為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度變化的關(guān)系,需要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度,即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度,應(yīng)在紙帶上測(cè)量的物理量:A1、A3間的距離x,小車速度的表達(dá)式是v=(T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔)。 2.記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):把計(jì)算出的速度填入表格中并算出v2的值。 橡皮筋 條數(shù) 橡皮筋 的功/W 速度 v/(ms-1) 速度平方 v2/(m2s-2) 3.?dāng)?shù)據(jù)處理:在坐標(biāo)紙上(如圖所示)畫出Wv2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)。 4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:從圖象分析可知外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系為W∝v2。 1.橡皮筋的長度、粗細(xì)不一,使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比。應(yīng)選用規(guī)格相同的橡皮筋。 2.沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過大帶來誤差。應(yīng)平衡摩擦力適當(dāng)。 3.利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí),測(cè)量不準(zhǔn)帶來誤差。應(yīng)多次測(cè)量x,求平均值。 1.平衡摩擦力:將木板一端墊高,使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法是輕推小車,由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng),找到一個(gè)合適的傾角。 2.選點(diǎn)測(cè)速:測(cè)小車速度時(shí),紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選點(diǎn)跡均勻部分的,也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的區(qū)域來計(jì)算速度。 3.規(guī)格相同:橡皮筋規(guī)格相同時(shí),力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計(jì)算出具體數(shù)值。 4.開始實(shí)驗(yàn)時(shí),小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并且要先接通電源再釋放小車。 5.選擇小車時(shí),小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些,使紙帶上打的點(diǎn)多一些。 1.本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動(dòng)速度可以使用速度傳感器直接采集,比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較小。 2.可以把長木板換成氣墊導(dǎo)軌,省略平衡摩擦力的操作步驟,達(dá)到簡化實(shí)驗(yàn)過程的目的。 考點(diǎn)細(xì)研 悟法培優(yōu) 考點(diǎn)1 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟 例1 (2018西安模擬)某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。 (1)下列敘述正確的是________。 A.每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值 B.每次實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致 C.放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平 D.先接通電源,再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 (2)實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)得到了一條如圖乙所示的紙帶。這條紙帶上的點(diǎn)距并不均勻,下列說法正確的是________。 A.紙帶的左端是與小車相連的 B.紙帶的右端是與小車相連的 C.利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度 D.利用A、B、C、D這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度 (3)實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜,這樣做________。 A.是為了釋放小車后,小車能勻加速下滑 B.是為了增大小車下滑的加速度 C.可使得橡皮筋做的功等于合力對(duì)小車做的功 D.可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動(dòng) (4)若根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)畫出的W-v圖象如圖丙所示,根據(jù)圖線形狀,可知對(duì)W與v的關(guān)系符合實(shí)際的是圖丙中的________。 嘗試解答 (1)D__(2)BD__(3)CD__(4)C。 (1)實(shí)驗(yàn)是為了探究W與v的關(guān)系,只要W成倍數(shù)增加即可,可采用相同規(guī)格不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度,這樣橡皮筋對(duì)小車做的功就有倍數(shù)關(guān)系,不必算出W的具體數(shù)值,故A、B錯(cuò)誤;為使橡皮筋拉力近似等于小車所受合外力,需要平衡摩擦力,故木板應(yīng)該是傾斜的,故C錯(cuò)誤;利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到打點(diǎn)紙帶時(shí)應(yīng)先接通電源,后讓紙帶運(yùn)動(dòng),故D正確。 (2)紙帶右端點(diǎn)跡密集,故紙帶的右端是與小車相連的,要測(cè)量小車速度,應(yīng)該選用點(diǎn)跡間距均勻的部分,即應(yīng)選用紙帶的A、B、C、D部分進(jìn)行測(cè)量,故B、D正確,A、C錯(cuò)誤。 (3)使木板傾斜,小車受到的摩擦力與小車所受重力沿木板的分量大小相等,在不施加拉力時(shí),小車在斜面上受到的合力為零,小車可以在斜面上靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng);小車與橡皮筋連接后,小車所受到的合力等于橡皮筋的拉力,橡皮筋對(duì)小車做的功等于合外力對(duì)小車做的功,故A、B錯(cuò)誤,C、D正確。 (4)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),W與v2成正比,故W與v的圖象應(yīng)該是向上彎曲的曲線,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。 [變式1] 某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如圖所示,圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的,沿木板滑行,橡皮筋對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致),每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。 (1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中,小車會(huì)受到摩擦力的作用,可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力,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)若木板水平放置,小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng),當(dāng)小車速度最大時(shí),關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置,下列說法正確的是( ) A.橡皮筋處于原長狀態(tài) B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C.小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處 D.小車已過兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線 (4)在正確操作情況下,打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的,為了測(cè)量小車獲得的速度,應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測(cè)量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)。 答案 (1)交流 (2)D (3)B (4)GJ 解析 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源。 (2)平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,放開拖著紙帶的小車,小車能夠勻速下滑即可,D正確。 (3)水平放置木板,放開小車后,小車做加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時(shí),小車的速度最大,此時(shí)橡皮筋仍處于伸長狀態(tài),小車還未過兩鐵釘?shù)倪B線,B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 (4)從紙帶上看,紙帶的GJ段打點(diǎn)比較均勻,所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測(cè)量。 考點(diǎn)2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與誤差分析 例2 某同學(xué)為探究“合力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn),他的操作步驟如下: ①按圖1連接實(shí)驗(yàn)裝置,其中小車質(zhì)量M=0.20 kg,鉤碼總質(zhì)量m=0.05 kg。 ②釋放小車,然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f=50 Hz),打出一條紙帶。 ③他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條,如圖2所示。把打下的第一個(gè)點(diǎn)記作0,然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出,用厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到點(diǎn)0距離分別為d1=0.041 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360 m,d6=0.480 m…… (1)他把鉤碼總重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=10 m/s2)作為小車所受合力,算出打下點(diǎn)0到打下點(diǎn)5過程合力做功W=________ J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字),用正確的公式Ek=________(用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式)把打下點(diǎn)5時(shí)小車的動(dòng)能作為小車動(dòng)能的改變量,算得Ek=0.125 J。 (2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果,他沒能得到合力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增量這一結(jié)論,且誤差很大。通過反思,他認(rèn)為產(chǎn)生很大誤差的原因有以下幾條,其中正確的是________(填選項(xiàng)前的字母)。 A.鉤碼質(zhì)量太大,使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多 B.沒有平衡摩擦力,使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多 C.釋放小車和接通電源的次序有誤,使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小 D.沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因 嘗試解答 (1)0.180 (d6-d4)2 (2)AB。 (1)若用鉤碼的重力作為小車受的合力,則F合=mg=0.5 N,從打下點(diǎn)0到打下點(diǎn)5,小車的水平位移x=d5=0.360 m,所以W=F合x=0.50.360 J=0.180 J。打下點(diǎn)5時(shí)小車的動(dòng)能Ek=Mv,v5=,式中Δt為5個(gè)打點(diǎn)時(shí)間間隔,即Δt=,故Ek=(d6-d4)2。 (2)從該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作情況來看,造成很大誤差的主要原因是把鉤碼的重力當(dāng)成了小車受到的合力,實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力,故A、B正確;C、D兩個(gè)選項(xiàng)中提到的問題不能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成重大影響,故C、D錯(cuò)誤。 [變式2] 某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲實(shí)驗(yàn)裝置探究合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系。鐵架臺(tái)豎直固定放置在水平桌面上,長木板一端放置在水平桌面邊緣P處,另一位置放置在鐵架臺(tái)豎直鐵桿上,使長木板傾斜放置,P處放置一光電門,用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過光電門時(shí)的擋光時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟是: ①用游標(biāo)卡尺測(cè)出滑塊的擋光條寬度L,用天平測(cè)量滑塊的質(zhì)量m。 ②平衡摩擦力:以木板放置在水平桌面上的P處為軸,調(diào)節(jié)長木板在鐵架臺(tái)上的放置位置,使滑塊恰好沿木板向下做勻速運(yùn)動(dòng)。在鐵架臺(tái)豎直桿上記下此位置Q1,用刻度尺測(cè)出Q1到水平面的高度H。 ③保持P位置不變,長木板一端放置在鐵架臺(tái)豎直桿Q2處。用刻度尺量出Q1Q2的距離h1,將滑塊從Q2位置由靜止釋放,由光電門計(jì)時(shí)器讀出滑塊的擋光時(shí)間t1。 ④保持P位置不變,重新調(diào)節(jié)長木板一端在鐵架臺(tái)上的放置位置,重復(fù)步驟③數(shù)次。 Ⅰ.滑塊沿長木板由Q2運(yùn)動(dòng)到P的過程中,用測(cè)量的物理量回答下列問題(已知重力加速度為g): (1)滑塊通過光電門的速度v=________。 (2)滑塊動(dòng)能的變化量ΔEk=________。 (3)滑塊克服摩擦力做的功Wf=________。 (4)合力對(duì)滑塊做的功W合=________。 Ⅱ.某學(xué)生以木板在鐵架臺(tái)豎直桿上的放置位置到Q1的距離h為橫坐標(biāo),以滑塊通過光電門的擋光時(shí)間平方的倒數(shù)為縱坐標(biāo),根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖中描點(diǎn)畫出如圖乙所示直線,直線延長線沒有過坐標(biāo)原點(diǎn),其原因主要是______________________________。 答案?、?(1) (2)m (3)mgH (4)mgh1 Ⅱ.平衡摩擦力傾角過大 解析 Ⅰ.滑塊擋光條很窄,擋光時(shí)間很短,就能表示瞬時(shí)速度v,滑塊動(dòng)能變化量ΔEk=mv2-0=m2;因?yàn)閺腝1滑下和從Q2滑下時(shí)水平位移相同,而克服摩擦力做功為μmgcosθs=μmgsx,故克服摩擦力做功相同,所以克服摩擦力做的功Wf等于從Q1滑下時(shí)重力勢(shì)能的減少量mgH;因?yàn)橐呀?jīng)平衡了摩擦力,因此合外力做功為mgh1+mgH-Wf=mgh1; Ⅱ.由動(dòng)能定理可知mgh+mgH-Wf=m2,直線延長線沒有過坐標(biāo)原點(diǎn)且h=0時(shí)就有動(dòng)能增量,即mgH-Wf>0,這是平衡摩擦力傾角過大的緣故。 考點(diǎn)3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 1.創(chuàng)新情景 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 2.創(chuàng)新解讀 (1)合外力的功:橡皮筋拉力做功→斜面上重力分力和摩擦力的合力做功→重物重力做功→細(xì)繩的拉力做功。 (2)速度的測(cè)量方法:測(cè)量紙帶勻速運(yùn)動(dòng)速度→用自由落體法計(jì)算速度→測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度→光電門測(cè)速度v=→速度傳感器直接顯示速度大小。 (3)摩擦阻力問題:靠小車重力的下滑分力平衡摩擦力→包括在合力內(nèi)→自由下落減小阻力→氣墊導(dǎo)軌減小摩擦力。 例3 (2018湖北八市聯(lián)考)某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置探究功和速度變化的關(guān)系:將小鋼球從固定軌道傾斜部分不同位置由靜止釋放,經(jīng)軌道末端水平飛出,落到鋪著白紙和復(fù)寫紙的水平地面上,在白紙上留下點(diǎn)跡。為了使問題簡化,小鋼球在離傾斜軌道底端的距離分別為L、2L、3L……處釋放,這樣在軌道傾斜部分合外力對(duì)小鋼球做的功就可以分別記為W0、2W0、3W0…… (1)為了減小實(shí)驗(yàn)誤差需要進(jìn)行多次測(cè)量,在L、2L、3L……處的每個(gè)釋放點(diǎn)都要讓小鋼球重復(fù)釋放多次,在白紙上留下多個(gè)點(diǎn)跡。那么,確定在同一位置釋放的小鋼球在白紙上的平均落點(diǎn)位置的方法是______________________ ______________________。 (2)為了探究功和速度變化的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)量________。(填選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào)) A.小鋼球釋放位置離斜面底端的距離L的具體數(shù)值 B.小鋼球的質(zhì)量m C.小鋼球離開軌道后的下落高度h D.小鋼球離開軌道后的水平位移x (3)該實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了如圖所示的圖象,則圖象的橫坐標(biāo)是________(用實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的物理量符號(hào)表示)。 嘗試解答 (1)用盡可能小的圓圈住盡量多的落點(diǎn),圓心即為平均落點(diǎn)的位置__(2)D__(3)x2。 (1)確定在同一位置釋放的小鋼球在白紙上的平均落點(diǎn)位置的方法是用盡可能小的圓圈住盡量多的落點(diǎn),圓心即為平均落點(diǎn)的位置。 (2)設(shè)小球經(jīng)軌道末端水平飛出的速度為v,由動(dòng)能定理得W=mv2,飛出后小球做平拋運(yùn)動(dòng),h=gt2,x=vt,所以W=mv2=x2,因?yàn)樾∏虻馁|(zhì)量不變,水平飛出的高度h不變,所以只需要測(cè)量離開軌道后的水平位移x,故D正確。 (3)由第(2)問可知W∝x2,所以橫坐標(biāo)是x2。 [變式3] (2018武昌調(diào)研)某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖所示的裝置來驗(yàn)證動(dòng)能定理,已知在水平桌面上有如下實(shí)驗(yàn)器材:帶兩個(gè)光電門的氣墊導(dǎo)軌(可認(rèn)為通氣后無摩擦阻力)、帶遮光片的滑塊、規(guī)格相同的長方體墊塊若干、連接光電門的采集設(shè)備。他們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)操作: ①調(diào)節(jié)并固定兩光電門,并測(cè)出兩光電門中心間距為l; ②調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的可調(diào)螺母A和B,使氣墊導(dǎo)軌水平,然后用1個(gè)墊塊墊在螺母A下方、螺母B放在水平桌面上,使導(dǎo)軌傾斜,并給氣墊導(dǎo)軌通氣; ③將滑塊置于導(dǎo)軌上端由靜止釋放,并分別記錄滑塊上的遮光片通過光電門1、2的時(shí)間t11和t21; ④再分別用2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)墊塊整齊疊放后墊在螺母A的下方,螺母B一直放在水平桌面上,重復(fù)操作③。 (1)還需測(cè)量的物理量有________。 A.遮光片的寬度d B.螺母A和B中心間的距離L C.滑塊(含遮光片)的質(zhì)量m D.每個(gè)墊塊的厚度(即墊起高度)h (2)第一次執(zhí)行操作③,可計(jì)算出滑塊通過光電門1、2的平均速度v1=________、v2=________,由于遮光片寬度d很小,可認(rèn)為平均速度即為過光電門中心的瞬時(shí)速度(用測(cè)量的物理量表示)。 (3)墊2個(gè)墊塊和墊3個(gè)墊塊,滑塊通過位移l的過程中,合力對(duì)滑塊所做的功分別為W2和W3,那么W2∶W3=________。 (4)當(dāng)墊1個(gè)墊塊時(shí),要驗(yàn)證動(dòng)能定理就需要驗(yàn)證的表達(dá)式為:______________(用測(cè)量的物理量表示)。 答案 (1)ABD (2) (3)2∶3 (4)=2-2 解析 (1)由動(dòng)能定理mgH=mv-mv,H=lsinα=l,v1=,v2=,整理得=2-2,因此還需測(cè)量的物理量有A、B、D。 (2)由于遮光片的擋光時(shí)間極短,則擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時(shí)速度,即v1=、v2=。 (3)墊兩個(gè)墊塊時(shí),合力所做的功為W2=mgl;墊三個(gè)墊塊時(shí),合力所做的功為W3=mgl,整理得W2∶W3=2∶3。 (4)當(dāng)墊一個(gè)墊塊時(shí),如果=2-2成立,則動(dòng)能定理就得以驗(yàn)證。 高考模擬 隨堂集訓(xùn) 1.(2017北京高考)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(cè)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(duì)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)作出如圖3所示的v2W圖象。由此圖象可得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________。 答案 (1)B (2)A B (3)mgx2 (4)v2=4.7W(4.5W~5.0W均認(rèn)為正確) 質(zhì)量 (5)A 解析 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交變電流,故應(yīng)選用交流電源。 (2)平衡摩擦力和其他阻力時(shí)應(yīng)墊高長木板右端,使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡,阻力包含了打點(diǎn)時(shí)振針與紙帶之間的摩擦,故需要在打點(diǎn)狀態(tài)下判斷是否達(dá)到平衡要求。 (3)由做功公式知:W=mgx2;利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的速度等于本段時(shí)間內(nèi)的平均速度知,B點(diǎn)速度等于AC段的平均速度,vB=。 (4)根據(jù)圖線,關(guān)系式寫為v2=kW+b,在直線上取兩點(diǎn),如(1.410-2,0.07)(810-2,0.38),代入上式,解得k≈4.7,b≈0.004,在作圖誤差允許的范圍內(nèi),表達(dá)式可寫為v2=4.7W。把功的單位用基本單位表示,J=Nm=kgm2s-2,容易得出與圖線斜率有關(guān)的物理量單位為kg-1,故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量。 (5)根據(jù)功能關(guān)系有W=v2,v2W圖線仍為過原點(diǎn)的直線,A正確。 2.(2017江蘇高考)利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M=200.0 g,鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交流電。 (1)掛鉤碼前,為了消除摩擦力的影響,應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度,直至向左輕推小車觀察到____________________。 (2)掛上鉤碼,按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點(diǎn)為O,依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離Δx,記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v,其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1=________m/s。 (3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力,取g=9.80 m/s2,利用W=mgΔx算出拉力對(duì)小車做的功W。利用Ek=Mv2算出小車動(dòng)能,并求出動(dòng)能的變化量ΔEk。計(jì)算結(jié)果見下表。 W/10-3 J 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 ΔEk/10-3 J 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù),在圖3中作出ΔEkW圖象。 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,ΔEk總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F=________N。 答案 (1)小車做勻速運(yùn)動(dòng) (2)0.228 (3)圖見解析 (4)0.093 解析 (1)完全平衡摩擦力的標(biāo)志是輕推小車,小車做勻速運(yùn)動(dòng)。 (2)兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=50.02 s=0.1 s v1== m/s=0.228 m/s。 (3)確定標(biāo)度,根據(jù)給出數(shù)據(jù)描點(diǎn)。作圖如圖所示。 (4)對(duì)小車有:F=Ma,對(duì)鉤碼有:mg-F=ma, 聯(lián)立得:F=mg, 代入數(shù)據(jù)得:F≈0.093 N。 3.(2018湖北四校聯(lián)考)利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置“探究合外力做的功和速度的關(guān)系”,氣墊導(dǎo)軌上安裝有光電門,在滑塊上安裝有拉力傳感器和遮光條。細(xì)線的一端與拉力傳感器連接,另一端跨過定滑輪掛上鉤碼。 (1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌底座使之水平,其方法是:接通氣源,將滑塊(未掛鉤碼)置于氣墊導(dǎo)軌上,如果______________,則說明導(dǎo)軌是水平的。 (2)如圖乙所示,用游標(biāo)卡尺測(cè)得遮光條的寬度d=________ cm。 (3)實(shí)驗(yàn)時(shí)掛上鉤碼,將滑塊從圖甲所示初始位置由靜止釋放,由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門的遮光時(shí)間Δt,記下拉力傳感器的示數(shù)F,并從氣墊導(dǎo)軌上直接讀出滑塊釋放點(diǎn)到光電門之間的距離s。 (4)只改變滑塊釋放點(diǎn)到光電門之間的距離s或者鉤碼的個(gè)數(shù)n,重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 (5)利用測(cè)得的數(shù)據(jù)作出如下圖象,則能夠直觀地說明合外力做的功和速度變化的關(guān)系的為________。 (6)以下對(duì)于本實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)正確的是________。 A.為提高實(shí)驗(yàn)的精確度,必須滿足所掛鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量 B.安裝遮光條時(shí)必須保證遮光條豎直 C.可以不測(cè)量滑塊的質(zhì)量 D.釋放滑塊的同時(shí)打開氣墊導(dǎo)軌的氣源 答案 (1)滑塊能靜止在氣墊導(dǎo)軌的任意位置(或輕推滑塊,滑塊能做勻速直線運(yùn)動(dòng)) (2)0.575 (5)AC (6)BC 解析 (1)氣墊導(dǎo)軌調(diào)整水平的判斷方法是:滑塊能靜止在氣墊導(dǎo)軌的任意位置,或輕推滑塊,滑塊能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。 (2)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為5 mm,游標(biāo)尺上第15個(gè)刻度和主尺上某一刻度對(duì)齊,游標(biāo)尺讀數(shù)為150.05 mm=0.75 mm,所以最終讀數(shù)為5 mm+0.75 mm=5.75 mm=0.575 cm。 (5)設(shè)滑塊質(zhì)量為M,滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的動(dòng)能為M()2,合外力所做的功為W=Fs,如果只改變滑塊釋放點(diǎn)與光電門之間的距離s,作出()2-s圖象即可探究出合外力做的功和速度變化的關(guān)系;如果只改變鉤碼的個(gè)數(shù),即改變合外力F,作出()2-F圖象即可探究出合外力做的功和速度變化的關(guān)系,所以能直觀說明合外力做的功和速度變化關(guān)系的圖線為A、C,所以A、C正確。 (6)本實(shí)驗(yàn)測(cè)量合外力利用的是力傳感器,所以不需要滿足“鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量”,A錯(cuò)誤;如果遮光條安裝傾斜,則遮光時(shí)間變長,就會(huì)偏小,所以安裝遮光條時(shí)必須保證遮光條豎直,B正確;由(5)分析可知本實(shí)驗(yàn)可以不測(cè)量滑塊的質(zhì)量,C正確;實(shí)驗(yàn)時(shí)必須先開通氣墊導(dǎo)軌的氣源再釋放滑塊,D錯(cuò)誤。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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