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

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(guò)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?。翰捎萌鐖D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(zhǎng)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、56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(zhǎng)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/(ms1)速度平方v2/(m2s2)3數(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Wv2。1橡皮筋的長(zhǎng)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(guò)大帶來(lái)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(lái)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(lái)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(zhǎng)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(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的目的?？键c(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(zhǎng)度沒有必要保持一致C放小車的長(zhǎng)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(shuō)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(lái)確定小車的速度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_。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(zhǎng)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(zhǎng)的長(zhǎng)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(lái)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(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小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D小車已過(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(guò)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(zhǎng)狀態(tài)，小車還未過(guò)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?？键c(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：按圖1連接實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M0.20 kg，鉤碼總質(zhì)量m0.05 kg。釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f50 Hz)，打出一條紙帶。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d10.041 m，d20.055 m，d30.167 m，d40.256 m，d50.360 m，d60.480 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(guò)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Ek0.125 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(guò)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(d6d4)2(2)AB。(1)若用鉤碼的重力作為小車受的合力，則F合mg0.5 N，從打下點(diǎn)0到打下點(diǎn)5，小車的水平位移xd50.360 m，所以WF合x0.50.360 J0.180 J。打下點(diǎn)5時(shí)小車的動(dòng)能EkMv，v5，式中t為5個(gè)打點(diǎn)時(shí)間間隔，即t，故Ek(d6d4)2。(2)從該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作情況來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)光電門時(shí)的擋光時(shí)間。實(shí)驗(yàn)步驟是：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。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(zhǎng)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。保持P位置不變，長(zhǎng)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。保持P位置不變，重新調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板一端在鐵架臺(tái)上的放置位置，重復(fù)步驟數(shù)次。.滑塊沿長(zhǎng)木板由Q2運(yùn)動(dòng)到P的過(guò)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(guò)光電門的速度v_。(2)滑塊動(dòng)能的變化量Ek_。(3)滑塊克服摩擦力做的功Wf_。(4)合力對(duì)滑塊做的功W合_。.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(guò)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(zhǎng)線沒有過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，其原因主要是_。答案.(1)(2)m(3)mgH(4)mgh1.平衡摩擦力傾角過(guò)大解析.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Ekmv20m2；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mgcossmgsx，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mgh1mgHWfmgh1；.由動(dòng)能定理可知mghmgHWfm2，直線延長(zhǎng)線沒有過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且h0時(shí)就有動(dòng)能增量，即mgHWf>0，這是平衡摩擦力傾角過(guò)大的緣故?？键c(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(jiǎn)化，小鋼球在離傾斜軌道底端的距離分別為L(zhǎng)、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mC小鋼球離開軌道后的下落高度hD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Wmv2，飛出后小球做平拋運(yùn)動(dòng)，hgt2，xvt，所以Wmv2x2，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Wx2，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(lái)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(wú)摩擦阻力)、帶遮光片的滑塊、規(guī)格相同的長(zhǎng)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：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；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；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(guò)光電門1、2的時(shí)間t11和t21；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。(1)還需測(cè)量的物理量有_。A遮光片的寬度dB螺母A和B中心間的距離LC滑塊(含遮光片)的質(zhì)量mD每個(gè)墊塊的厚度(即墊起高度)h(2)第一次執(zhí)行操作，可計(jì)算出滑塊通過(guò)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(guò)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(guò)位移l的過(guò)程中，合力對(duì)滑塊所做的功分別為W2和W3，那么W2W3_。(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)23(4)22解析(1)由動(dòng)能定理mgHmvmv，Hlsinl，v1，v2，整理得22，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W2mgl；墊三個(gè)墊塊時(shí)，合力所做的功為W3mgl，整理得W2W323。(4)當(dāng)墊一個(gè)墊塊時(shí)，如果22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(guò)滑輪牽引小車，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(guò)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)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)選用交流電源。(2)平衡摩擦力和其他阻力時(shí)應(yīng)墊高長(zhǎng)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：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，vB。(4)根據(jù)圖線，關(guān)系式寫為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)根據(jù)功能關(guān)系有Wv2，v2W圖線仍為過(guò)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g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對(duì)小車做的功W。利用EkMv2算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量Ek。計(jì)算結(jié)果見下表。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)對(duì)小車有：FMa，對(duì)鉤碼有：mgFma，聯(lián)立得：Fmg，代入數(shù)據(jù)得：F0.093 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(guò)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(shuō)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(guò)光電門的遮光時(shí)間t，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(shuō)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 mm0.75 mm，所以最終讀數(shù)為5 mm0.75 mm5.75 mm0.575 cm。(5)設(shè)滑塊質(zhì)量為M，滑塊經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的動(dòng)能為M（）2，合外力所做的功為WFs，如果只改變滑塊釋放點(diǎn)與光電門之間的距離s，作出（）2s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（）2F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(shuō)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(zhǎng)，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。