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(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(chē)?yán)酵晃恢糜伸o止釋放，橡皮筋拉力對(duì)小車(chē)所做的功依次為W、2W、3W…。 2．測(cè)量速度的大?。盒≤?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。 3．確定功與速度變化的關(guān)系：以橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功為縱坐標(biāo)，小車(chē)獲得的速度的平方為橫坐標(biāo)，作出Wv2圖線(xiàn)，分析這條圖線(xiàn)，可以得知橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功與小車(chē)獲得的速度的定量關(guān)系。 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)、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(xiàn)、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(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(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(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。 4．用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中小車(chē)的釋放位置與第一次相同，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。 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(chē)做的功為3W、4W…，將數(shù)據(jù)記入表格。 1．測(cè)量小車(chē)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(chē)速度變化的關(guān)系，需要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車(chē)的速度，即小車(chē)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(chē)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(huà)出Wv2圖線(xiàn)(“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(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(méi)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(chē)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(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)，找到一個(gè)合適的傾角。 2．選點(diǎn)測(cè)速：測(cè)小車(chē)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(chē)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(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．開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車(chē)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(chē)。 5．選擇小車(chē)時(shí)，小車(chē)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。 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(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W－v圖象如圖丙所示，根據(jù)圖線(xiàn)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(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(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(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(xiàn)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W與v的圖象應(yīng)該是向上彎曲的曲線(xiàn)，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(chē)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(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)(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(xiàn)、開(kāi)關(guān)、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)電源。 (2)實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)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(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(xiàn)處 D．小車(chē)已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(xiàn) (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)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(kāi)拖著紙帶的小車(chē)，小車(chē)能夠勻速下滑即可，D正確。 (3)水平放置木板，放開(kāi)小車(chē)后，小車(chē)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(chē)的速度最大，此時(shí)橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，小車(chē)還未過(guò)兩鐵釘?shù)倪B線(xiàn)，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(chē)質(zhì)量M＝0.20 kg，鉤碼總質(zhì)量m＝0.05 kg。 ②釋放小車(chē)，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(mǎn)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(huà)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(chē)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(chē)的動(dòng)能作為小車(chē)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(méi)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(méi)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(chē)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(méi)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(chē)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(chē)的水平位移x＝d5＝0.360 m，所以W＝F合x(chóng)＝0.50.360 J＝0.180 J。打下點(diǎn)5時(shí)小車(chē)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(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(chē)受到的合力，實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力，故A、B正確；C、D兩個(gè)選項(xiàng)中提到的問(wèn)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(mén)，用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過(guò)光電門(mén)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(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。 ③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(mén)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(zhǎng)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(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(wèn)題(已知重力加速度為g)： (1)滑塊通過(guò)光電門(mén)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(guò)光電門(mén)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(huà)出如圖乙所示直線(xiàn)，直線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)沒(méi)有過(guò)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(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(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)沒(méi)有過(guò)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(guò)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(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。 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(xiě)紙的水平地面上，在白紙上留下點(diǎn)跡。為了使問(wèn)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m C．小鋼球離開(kāi)軌道后的下落高度h D．小鋼球離開(kāi)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(kāi)軌道后的水平位移x，故D正確。 (3)由第(2)問(wèn)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(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(mén)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(mén)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(mén)，并測(cè)出兩光電門(mén)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(guò)光電門(mén)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(guò)光電門(mén)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(mén)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(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(xiàn)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)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(zhǎng)木板右端，使小車(chē)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(xiàn)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(xiàn)，關(guān)系式寫(xiě)為v2＝kW＋b，在直線(xiàn)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(xiě)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(xiàn)斜率有關(guān)的物理量單位為kg－1，故與圖線(xiàn)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(xiàn)仍為過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，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(chē)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(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Δx，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g＝9.80 m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對(duì)小車(chē)做的功W。利用Ek＝Mv2算出小車(chē)動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量ΔEk。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)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(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(chē)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(mén)，在滑塊上安裝有拉力傳感器和遮光條。細(xì)線(xiàn)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(mén)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(mén)之間的距離s。 (4)只改變滑塊釋放點(diǎn)到光電門(mén)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_(kāi)_______。 (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(mǎn)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(kāi)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(xiàn)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(xiàn)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(guò)光電門(mén)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(mén)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(shuō)明合外力做的功和速度變化關(guān)系的圖線(xiàn)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(mǎn)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(kāi)通氣墊導(dǎo)軌的氣源再釋放滑塊，D錯(cuò)誤。