2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第6章 機(jī)械能及其守恒定律 實(shí)驗(yàn)專(zhuān)題（五）第29講 探究功與速度變化的關(guān)系學(xué)案（含解析）.doc

第29講探究功與速度變化的關(guān)系一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究外力做功與物體速度變化的關(guān)系。2通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出外力做功與物體速度平方的正比關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)器材小車(chē)(前面帶小鉤)、長(zhǎng)木板(在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱(chēng)位置釘兩個(gè)鐵釘)、木塊、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源(若使用電火花計(jì)時(shí)器則不用學(xué)生電源)、導(dǎo)線、5條同規(guī)格的橡皮筋及毫米刻度尺?？键c(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與操作一、實(shí)驗(yàn)原理1不是直接測(cè)量對(duì)小車(chē)做功，而是通過(guò)改變橡皮筋條數(shù)確定對(duì)小車(chē)做功W、2W、3W、。2由于橡皮筋做功而使小車(chē)獲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。這樣，進(jìn)行若干次測(cè)量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)。3以橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為縱坐標(biāo)，分別以小車(chē)獲得的速度v、v2、為橫坐標(biāo)，作出Wv、Wv2、曲線，分析這些曲線，可以得知橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功與小車(chē)獲得的速度的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)步驟1儀器安裝(1)按實(shí)驗(yàn)原理圖將儀器安裝好。(2)平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直至小車(chē)上不掛橡皮筋時(shí)，輕推小車(chē)，紙帶打出的點(diǎn)間距均勻，即小車(chē)能做勻速直線運(yùn)動(dòng)為止。2測(cè)量與記錄(1)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(chē)獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格。(2)用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為2W，測(cè)出小車(chē)獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格。(3)用3條、4條、橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出功和速度，記入表格。三、注意事項(xiàng)1平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車(chē)重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法是輕推小車(chē)，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(chē)是否勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角。2測(cè)小車(chē)速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選對(duì)應(yīng)小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的那段紙帶。3橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的。力對(duì)小車(chē)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小車(chē)質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些。四、實(shí)驗(yàn)方案二如圖，由重物通過(guò)滑輪牽引小車(chē)，當(dāng)小車(chē)的質(zhì)量比重物大很多時(shí)，可以把重物所受的重力當(dāng)做小車(chē)受到的牽引力。小車(chē)運(yùn)動(dòng)的距離可以由紙帶測(cè)出。改變重物的質(zhì)量或者改變小車(chē)運(yùn)動(dòng)的距離，也就改變了牽引力做的功。某學(xué)習(xí)小組做“探究合力做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中小車(chē)是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車(chē)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)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致，每次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出。(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、_(填測(cè)量工具)和_(選填“交流”或“直流”)電源。(2)實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)會(huì)受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是_。A放開(kāi)小車(chē)，能夠自由下滑即可B放開(kāi)小車(chē)，能夠勻速下滑即可C放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē)，能夠自由下滑即可D放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē)，能夠勻速下滑即可(3)若木板水平放置，小車(chē)在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車(chē)速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車(chē)所在的位置，下列說(shuō)法正確的是_。A橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)B橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C小車(chē)在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D小車(chē)已過(guò)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(chē)獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測(cè)量(根據(jù)下面的紙帶回答)。解析(1)本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量紙帶上的點(diǎn)間距離，要使用刻度尺；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電。(2)實(shí)驗(yàn)中可以適當(dāng)抬高木板一側(cè)來(lái)平衡摩擦阻力，受力平衡時(shí)，小車(chē)應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以正確的做法是：放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē)，能夠勻速下滑即可，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。(3)若木板水平放置，對(duì)小車(chē)受力分析可知，小車(chē)速度最大時(shí)小車(chē)受到的合力為零，即小車(chē)受到的橡皮筋的拉力與摩擦力相等，此時(shí)橡皮筋處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，故小車(chē)在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線的左側(cè)，尚未到達(dá)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處，A、C、D錯(cuò)誤，B正確。(4)在正確操作情況下，橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后，小車(chē)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在相等時(shí)間內(nèi)的位移相等，此時(shí)小車(chē)獲得的速度最大，要測(cè)量小車(chē)的最大速度，應(yīng)選用紙帶上點(diǎn)跡均勻的部分，如GK段。答案(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK方法感悟(1)本實(shí)驗(yàn)中對(duì)小車(chē)做的功應(yīng)該為合力做的功，實(shí)驗(yàn)中采用將木板傾斜的方法，使重力對(duì)小車(chē)做的功抵消摩擦力對(duì)小車(chē)做的功，則橡皮筋對(duì)小車(chē)的拉力做的功即合力對(duì)小車(chē)做的功。(2)判斷摩擦力是否被平衡的方法是輕推小車(chē)，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(chē)是否做勻速運(yùn)動(dòng)。(3)本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是要分析清楚小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，小車(chē)先加速后勻速，小車(chē)在橡皮筋拉力的作用下做加速運(yùn)動(dòng)，拉力的功是變力功，無(wú)法計(jì)算，所以實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變對(duì)小車(chē)做功的大小。1(2018合肥市第三次教學(xué)質(zhì)檢)在“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)小組按正確的操作，將木板一端傾斜來(lái)平衡摩擦力，打出如上三條紙帶，其中符合實(shí)驗(yàn)要求的是(選填紙帶的字母編號(hào))_。(2)下列關(guān)于橡皮筋及其做功的說(shuō)法正確的是_。A橡皮筋做功的值不需要測(cè)量B增加規(guī)格相同的橡皮筋條數(shù)，使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功成整數(shù)倍增加C在小車(chē)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，橡皮筋一直對(duì)其做功D將橡皮筋的長(zhǎng)度拉伸為原來(lái)的兩倍，橡皮筋做的功增加了兩倍(3)在操作正確的前提下，其中打出的一條紙帶如圖乙所示，為了測(cè)量小車(chē)獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測(cè)量。(4)在某次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)小組誤將木板水平放置，小車(chē)在橡皮筋作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)到某一位置，橡皮筋恰好處于原長(zhǎng)狀態(tài)。下列說(shuō)法正確的是_。A此時(shí)小車(chē)速度最大B此時(shí)小車(chē)加速度最大C此后小車(chē)開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)D當(dāng)小車(chē)速度最大時(shí)，橡皮筋一定處于拉伸狀態(tài)答案(1)B(2)AB(3)HK(4)D解析(1)紙帶B的點(diǎn)跡均勻，說(shuō)明小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)，已平衡摩擦力，則符合實(shí)驗(yàn)要求的是B。(2)實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做功的值不需要測(cè)量，A正確；增加規(guī)格相同的橡皮筋條數(shù)，使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功成整數(shù)倍增加，B正確；在小車(chē)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，橡皮筋只是剛開(kāi)始時(shí)對(duì)小車(chē)做功，橡皮筋恢復(fù)到原長(zhǎng)后就不再做功，C錯(cuò)誤；由Epkx2，將橡皮筋的長(zhǎng)度拉伸為原來(lái)的兩倍，橡皮筋做的功不是增加兩倍，D錯(cuò)誤。(3)測(cè)量小車(chē)的速度時(shí)應(yīng)該用紙帶上點(diǎn)跡均勻的部分測(cè)量，并且長(zhǎng)度盡量較大，以減小偶然誤差，故應(yīng)選紙帶HK部分。(4)由于木板水平放置，小車(chē)與木板間有摩擦力，則當(dāng)小車(chē)速度最大時(shí)，橡皮筋的彈力等于摩擦力，此時(shí)橡皮筋一定處于拉伸狀態(tài)，故選D。2. (2018廣東肇慶模擬)某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車(chē)上，另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車(chē)在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系，此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、小木塊等。組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。(1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有_。(2)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個(gè)_(填字母代號(hào))。A避免小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng)B可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰C可以保證小車(chē)最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)D可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車(chē)受的合力(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車(chē)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車(chē)速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決方法：_。(4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車(chē)動(dòng)能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的_(填字母代號(hào))。A在接通電源的同時(shí)釋放了小車(chē)B小車(chē)釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近C阻力未完全被小車(chē)重力沿木板方向的分力平衡掉D鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力答案(1)刻度尺、天平(包括砝碼)(2)D(3)可在小車(chē)上加適量的砝碼(或鉤碼)(4)CD解析(1)本實(shí)驗(yàn)探究細(xì)繩拉力做的功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系，為了確定小車(chē)的動(dòng)能變化，需要通過(guò)研究紙帶來(lái)研究小車(chē)的速度，利用天平(包括砝碼)測(cè)量小車(chē)的質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)平衡摩擦后，鉤碼的重力近似等于細(xì)繩拉力，為了求細(xì)繩拉力做的功，所以需要刻度尺來(lái)測(cè)量紙帶上點(diǎn)的距離，用天平(包括砝碼)來(lái)測(cè)得鉤碼的質(zhì)量。(2)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了減少誤差，提高實(shí)驗(yàn)的精確度，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)繩與木板平行，目的是平衡摩擦力后，使細(xì)繩的拉力等于小車(chē)的合力，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車(chē)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，即小車(chē)的加速度較大，所以應(yīng)減小小車(chē)的加速度，在小車(chē)的合力一定的情況下，根據(jù)牛頓第二定律知，應(yīng)適當(dāng)增大小車(chē)的質(zhì)量，即在小車(chē)上加適量的砝碼(或鉤碼)。(4)從功能關(guān)系看，該實(shí)驗(yàn)可能有內(nèi)能產(chǎn)生，即實(shí)驗(yàn)中有存在摩擦力沒(méi)有被平衡掉；另一方面，只有當(dāng)小車(chē)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量時(shí)，細(xì)繩的拉力才近似等于鉤碼的重力，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確。考點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析一、數(shù)據(jù)處理1求速度：實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示紙帶，利用紙帶上點(diǎn)跡均勻的一段測(cè)出兩點(diǎn)間的距離，如紙帶上A、C兩點(diǎn)間的距離x，則v(其中T為打點(diǎn)周期)。2記數(shù)據(jù)：計(jì)算W、2W、3W、時(shí)對(duì)應(yīng)v、v2的數(shù)值，填入表格。3作圖象：在坐標(biāo)紙上分別作出Wv和Wv2圖線，從中找出功與速度變化的關(guān)系。4得結(jié)論：從圖象分析出合外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2。二、誤差分析如圖甲所示，在“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，主要過(guò)程如下：A設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功分別為W、2W、3W、；B分析紙帶，求出橡皮筋做功使小車(chē)獲得的速度v1、v2、v3、；C作出Wv圖象；D分析Wv圖象，如果Wv圖象是一條直線，表明Wv；如果不是直線，可考慮是否存在Wv2、Wv3、W等關(guān)系。(1)實(shí)驗(yàn)中得到一條如圖乙所示的紙帶，求小車(chē)獲得的速度應(yīng)選_(選填“AB”或“CD”)段來(lái)計(jì)算。(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的有_A通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功成整數(shù)倍增加B通過(guò)改變小車(chē)質(zhì)量可以改變橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功C每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必需保持一致D先接通電源，再讓小車(chē)在橡皮筋的作用下彈出(3)在該實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，紙帶足夠長(zhǎng)，點(diǎn)跡清晰的紙帶上并沒(méi)有出現(xiàn)一段等間距的點(diǎn)，造成這種情況的原因可能是_。(寫(xiě)出一條即可)解析(1)由題圖乙可知，在AB之間，由于相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離不斷增大，而打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，所以小車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)，在CD之間相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距相等，說(shuō)明小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，小車(chē)離開(kāi)橡皮筋后做勻速運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選用CD段紙帶來(lái)計(jì)算小車(chē)的速度v。(2)該實(shí)驗(yàn)中利用相同橡皮筋形變量相同時(shí)對(duì)小車(chē)做功相同，通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功成整數(shù)倍增加，而改變小車(chē)的質(zhì)量不會(huì)改變橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功，故A正確，B錯(cuò)誤；為保證每根橡皮筋對(duì)小車(chē)做功一樣多，每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度必需保持一致，故C正確；用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，為有效利用紙帶，總是先接通電源后釋放紙帶，故D正確。(3)在該實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作，紙帶足夠長(zhǎng)，點(diǎn)跡清晰的紙帶上并沒(méi)有出現(xiàn)一段等間距的點(diǎn)，造成這種情況的原因可能是沒(méi)有平衡摩擦力或木板的傾角過(guò)大或過(guò)小。答案(1)CD(2)ACD(3)沒(méi)有平衡摩擦力(或木板的傾角過(guò)大或過(guò)小)方法感悟(1)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小車(chē)已做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故應(yīng)利用紙帶上點(diǎn)距相等的部分計(jì)算小車(chē)速度。(2)利用v計(jì)算小車(chē)的速度時(shí)，為減小測(cè)量誤差，所選的范圍應(yīng)盡量長(zhǎng)些。(3)注意刻度尺的分度、估讀及單位，注意對(duì)結(jié)果有效數(shù)字的要求。1某同學(xué)利用如圖所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。小物塊在1條橡皮筋的作用下彈出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點(diǎn)記為M1；在釘子上分別套上2條、3條、4條同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致，重復(fù)步驟，小物塊落點(diǎn)分別記為M2、M3、M4、；測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。(1)為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能，需要測(cè)量下列物理量中的_(填正確答案標(biāo)號(hào))。A小物塊的質(zhì)量mB橡皮筋的原長(zhǎng)xC橡皮筋的伸長(zhǎng)量xD桌面到地面的高度hE小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L(2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做的功分別記為W1、W2、W3、，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L(zhǎng)1、L2、L3、，若功與速度的二次方成正比，則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)、_為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線。(3)由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于_(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。答案(1)ADE(2)L2(3)系統(tǒng)誤差解析(1)根據(jù)動(dòng)能的定義式Ek可知，要求出Ek，需要測(cè)量m、v，而小物塊離開(kāi)桌面做平拋運(yùn)動(dòng)，有hgt2，Lvt，得vL，因此，只要測(cè)出L、h，就知v，A、D、E正確。(2)因vL，所以若Wv2，則WL2(g、h為常量)，應(yīng)以L2為橫坐標(biāo)。(3)小物塊與桌面之間的摩擦不可避免，屬于系統(tǒng)誤差。2某同學(xué)現(xiàn)要用圖甲來(lái)“探究功與動(dòng)能變化的關(guān)系”，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50 Hz，試分析下列問(wèn)題：(1)完成下列部分實(shí)驗(yàn)步驟所缺的內(nèi)容：安裝好實(shí)驗(yàn)器材，開(kāi)始小車(chē)先不掛鉤碼，需要對(duì)小車(chē)進(jìn)行_的實(shí)驗(yàn)操作。給小車(chē)掛上鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖乙是從多次實(shí)驗(yàn)中選出的一條紙帶置于一透明刻度尺上。在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D、E、F七個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離s，由圖乙讀得O到C點(diǎn)的距離為s3_ cm。由圖乙求出小車(chē)在各計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度的大小v1、v2、v5，則在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下C點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度為v3_ m/s。(2)由圖乙可知小車(chē)在此次實(shí)驗(yàn)時(shí)的加速度大小為a_ m/s2。(3)計(jì)算出打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下A、B、E時(shí)小車(chē)瞬時(shí)速度的平方v、v、v，然后分別求出v、v與v的差值v、v，最后計(jì)算出小車(chē)通過(guò)sAB、sAC、sAE的位移時(shí)鉤碼重力對(duì)小車(chē)做的功W1、W2、W4，最后得到了如圖丙所示的v2W圖象。通過(guò)圖象可得到的結(jié)論是_。(4)若圖線的斜率k18，則小車(chē)的質(zhì)量M_kg(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。答案(1)平衡摩擦力5.100.49(2)1.15(3)合外力對(duì)物體做的功與物體動(dòng)能的變化量成正比(4)0.111解析(1)本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)前首先要對(duì)小車(chē)進(jìn)行平衡摩擦力的操作。O到C點(diǎn)的距離為s3(6.101.00) cm5.10 cm。由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得v3 cm/s0.49 m/s。(2)由逐差法可得a cm/s21.15 m/s2。(3)合外力對(duì)物體做的功與物體動(dòng)能的變化量成正比。(4)由動(dòng)能定理可得WMv2，由此可知圖象的斜率為k，求出小車(chē)的質(zhì)量為M。代入數(shù)據(jù)可求出小車(chē)的質(zhì)量為M0.111 kg。考點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新1創(chuàng)新情景創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)也是以完成實(shí)驗(yàn)為目的，創(chuàng)新思路和驗(yàn)證牛頓第二定律的創(chuàng)新思路相似。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細(xì)繩的拉力做功重物重力做功。(2)速度的測(cè)量：測(cè)量紙帶勻速運(yùn)動(dòng)速度用平拋法計(jì)算速度測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度光電門(mén)測(cè)速度v速度傳感器直接顯示速度大小。(3)摩擦阻力問(wèn)題：靠小車(chē)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。(4)因用拉力傳感器直接測(cè)細(xì)繩拉力大小，故不必滿(mǎn)足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量。某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器來(lái)探究動(dòng)能定理。如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車(chē)上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車(chē)受到的拉力的大小，在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，記錄小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)的速度大小，小車(chē)中可以放置砝碼。(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：測(cè)量_和拉力傳感器的總質(zhì)量m1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需裝置。將小車(chē)停在C點(diǎn)，接通電源，_，小車(chē)在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)的速度。在小車(chē)中增加砝碼，或_，重復(fù)的操作。(2)如表是他們測(cè)得的幾組數(shù)據(jù)，其中m是m1與小車(chē)中砝碼質(zhì)量之和，|vv|是兩個(gè)速度傳感器所記錄速度的二次方差的絕對(duì)值，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量Ek，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功，表格中的Ek3_ J，W3_ J。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)數(shù)據(jù)記錄表(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中的坐標(biāo)紙上作出EkW圖線。解析(1)需測(cè)出小車(chē)和拉力傳感器的總質(zhì)量。先接通電源后釋放小車(chē)。在小車(chē)中增減砝碼。(2)Ek3m|vv|0.5002.400 J0.600 JW3F3L1.2200.500 J0.610 J。(3)如圖所示。答案(1)小車(chē)然后釋放小車(chē)減少砝碼(2)0.6000.610(3)圖見(jiàn)解析方法感悟?qū)嶒?yàn)創(chuàng)新通常從器材、裝置上進(jìn)行改進(jìn)，或從實(shí)驗(yàn)原理上進(jìn)行創(chuàng)新，但無(wú)論如何改進(jìn)或創(chuàng)新，都需要以某種形式確定出要測(cè)量的物理量的定量大小，例如外力所做的功的大小和物體動(dòng)能或速度的大小，所以解答實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新題時(shí)要圍繞需要測(cè)量的基本的物理量或其關(guān)系進(jìn)行分析。為了“探究動(dòng)能改變與合外力做功的關(guān)系”，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：第一步：把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過(guò)細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘跨過(guò)定滑輪相連，重錘后連一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示。第二步：如圖乙所示，保持長(zhǎng)木板的傾角不變，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開(kāi)始向下加速運(yùn)動(dòng)，打出的紙帶如圖丙所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t，根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動(dòng)的速度，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊運(yùn)動(dòng)的速度vB_。(2)已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，要測(cè)出某一過(guò)程合外力對(duì)滑塊做的功還必須測(cè)出這一過(guò)程滑塊_(寫(xiě)出物理量名稱(chēng)及符號(hào)，只寫(xiě)一個(gè)物理量)，合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W合_。(3)算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA、OB、OC、OD、OE段合外力對(duì)滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點(diǎn)的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出v2W圖象，可知該圖象是一條_，根據(jù)圖象還可求得_。答案(1)(2)下滑的位移xmgx(3)過(guò)原點(diǎn)的直線滑塊的質(zhì)量M解析(1)由打出的紙帶可知打B點(diǎn)時(shí)的速度為vB。(2)設(shè)長(zhǎng)木板的傾角為，滑塊與長(zhǎng)木板間摩擦力為f，當(dāng)滑塊向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，有Mgsinfmg；當(dāng)滑塊向下加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，有F合Mgsinfmg。由做功定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移x，W合mgx。(3)根據(jù)W合EkMv2可知v2W圖象應(yīng)該為一條過(guò)原點(diǎn)的直線，由直線的斜率k可求M。課后作業(yè)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(chē)做功的具體數(shù)值B每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致C放小車(chē)的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平D先接通電源，再讓小車(chē)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(shuō)法正確的是_。A紙帶的左端是與小車(chē)相連的B紙帶的右端是與小車(chē)相連的C利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來(lái)確定小車(chē)的速度D利用A、B、C、D這些點(diǎn)之間的距離來(lái)確定小車(chē)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(chē)后，小車(chē)能勻加速下滑B是為了增大小車(chē)下滑的加速度C可使得橡皮筋做的功等于合力對(duì)小車(chē)做的功D可使得橡皮筋松弛后小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)(4)若根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的Wv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_。答案(1)D(2)BD(3)CD(4)C解析(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(zhǎng)度，這樣橡皮筋對(duì)小車(chē)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(chē)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，后讓小車(chē)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(chē)相連的，要測(cè)量小車(chē)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點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。(3)使木板傾斜，小車(chē)受到的摩擦力與小車(chē)所受重力沿木板的分量大小相等，在不施加拉力時(shí)，小車(chē)在斜面上受到的合力為零，小車(chē)可以在斜面上靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)；小車(chē)與橡皮筋連接后，小車(chē)所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功等于合外力對(duì)小車(chē)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Wv圖象應(yīng)該是向上彎曲的曲線，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。2(2017北京高考)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過(guò)滑輪牽引小車(chē)，使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車(chē)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(zhǎng)木板右端墊高 B改變小車(chē)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(chē)。若小車(chē)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(chē)，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(mén)。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(chē)質(zhì)量，可認(rèn)為小車(chē)所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，拉力對(duì)小車(chē)做的功W_，打B點(diǎn)時(shí)小車(chē)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_(kāi)。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(mǎn)足遠(yuǎn)小于小車(chē)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)AB(3)mgx2(4)v24.7W(4.5W5.0W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)選交流電源。(2)平衡摩擦力和其他阻力時(shí)采用墊高長(zhǎng)木板右端，使小車(chē)的重力沿木板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：Wmgx2；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，v。(4)根據(jù)圖線，關(guān)系式寫(xiě)為v2kWb，在直線上取兩點(diǎn)，如(1.4102,0.07)、(8102,0.38)，代入上式，解得k4.7，b0.004，在作圖誤差允許的范圍內(nèi)，表達(dá)式可寫(xiě)為v24.7W。把功的單位用基本單位表示，JNmkgm2s2，容易得出與圖線斜率有關(guān)的物理量單位為kg1，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量。(5)若重物質(zhì)量m不滿(mǎn)足遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量M，則繩子對(duì)小車(chē)的拉力實(shí)際不等于重物的重力，由mgFma和FMa知Fmg，由動(dòng)能定理得：Mv2Fx，v2xx，而Wmgx，則實(shí)際v2W圖線的斜率k，重物質(zhì)量m與小車(chē)質(zhì)量M不變，故速度雖然增大，但斜率不變，選項(xiàng)A正確。3(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(chē)的質(zhì)量為M200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m10.0 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(chē)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x，記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車(chē)的速度v1_ m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車(chē)受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對(duì)小車(chē)做的功W。利用EkMv2算出小車(chē)動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量Ek。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。W/103 J2.452.923.353.814.26Ek/103 J2.312.733.123.614.00請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖3中作出EkW圖象。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ek總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車(chē)所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車(chē)和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車(chē)受到的實(shí)際拉力F_ N。答案(1)小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)(2)0.228(3)圖見(jiàn)解析(4)0.093解析(1)完全平衡摩擦力的標(biāo)志是輕推小車(chē)，小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)。(2)兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T50.02 s0.1 sv1 m/s0.228 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)從圖線上取兩個(gè)點(diǎn)(4.5,4.24)，(2.15,2.0)圖線的斜率k0.953又有k根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v22ax根據(jù)牛頓第二定律有FMa由式解得F0.093 N。4(2018唐山統(tǒng)考)某課外興趣小組，在研究合外力做功與速度變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，做了如下實(shí)驗(yàn)。如圖甲所示，A物體(含遮光片)的質(zhì)量為M，B物體的質(zhì)量為m。固定斜面頂端有一光滑定滑輪，A、B通過(guò)輕細(xì)繩連接。斜面底端有一光電計(jì)時(shí)器(未完全畫(huà)出)可以記錄遮光片通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t。通過(guò)刻度尺可測(cè)量A到光電門(mén)的初始距離L。A物體與斜面間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。開(kāi)始時(shí)A恰好可以沿斜面勻速下滑，在初始距離處剪斷細(xì)繩后，A加速下滑。(1)用游標(biāo)卡尺測(cè)遮光片的寬度d，如圖乙所示，讀數(shù)為_(kāi) mm。(2)A通過(guò)光電門(mén)的速度v_。(3)多次改變A與光電門(mén)間的初始距離L，測(cè)得遮光片對(duì)應(yīng)通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間t，作出L圖象，則下列圖象與實(shí)際相符的是_。答案(1)2.0(2)(3)A解析(1)由游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則可知，遮光片的寬度d2 mm00.1 mm2.0 mm。(2)由于遮光片的遮光時(shí)間極短，因此遮光時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于A通過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度，即v。(3)由題意可知，開(kāi)始時(shí)A恰好可沿斜面勻速下滑，剪斷細(xì)繩后，A的合外力大小為mg，沿斜面加速下滑，由牛頓第二定律可知A的加速度大小a，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v22aL，又v，整理得 L，則圖象應(yīng)為過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，A正確。5(2018欽州模擬)某校物理興趣小組利用如圖甲所示裝置探究合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系。在滑塊上安裝一遮光條，系輕細(xì)繩處安裝一拉力傳感器(可顯示出輕細(xì)繩中的拉力)，把滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上A處，細(xì)繩通過(guò)定滑輪與鉤碼相連，光電門(mén)安裝在B處。氣墊導(dǎo)軌充氣，將滑塊從A位置由靜止釋放后，拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F，光電門(mén)記錄的時(shí)間為t。(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量遮光條的寬度，如圖乙所示，則寬度為_(kāi) mm。(2)多次改變鉤碼的質(zhì)量(拉力傳感器記錄的讀數(shù)F相應(yīng)改變)，測(cè)得多組F和t數(shù)據(jù)，要得到線性變化圖象，若已經(jīng)選定F作為縱坐標(biāo)，則橫坐標(biāo)代表的物理量為_(kāi)。At B(t)2 C. D.2(3)若正確選擇橫坐標(biāo)所代表的物理量后，得出線性變化圖象的斜率為k，且已經(jīng)測(cè)出A、B之間的距離為s，遮光條的寬度為d，則滑塊質(zhì)量(含遮光條和拉力傳感器)的表達(dá)式為M_。答案(1)2.560(2)D(3)解析(1)螺旋測(cè)微器的固定刻度為2.5 mm，可動(dòng)刻度為6.00.01 mm0.060 mm，所以最終讀數(shù)為2.5 mm0.060 mm2.560 mm，即遮光條的寬度d2.560 mm。(2)滑塊通過(guò)光電門(mén)B的速度v，根據(jù)動(dòng)能定理得FsMv2，則F2，要得到線性變化圖象，若已經(jīng)選定F作為縱坐標(biāo)，則橫坐標(biāo)代表的物理量為2，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。(3)根據(jù)F2可知，F(xiàn)2圖象的斜率k，解得M。