【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇探究功与速度变化的关系（解析版）

【物理】2020二轮复习实验与研究精解集汇探究功与速度变化的关系（解析版）

探究功与速度变化的关系 ‎1、某实验小组利用如图所示装置进行“探究动能定理”的实验,实验步骤如下:‎ A.挂上钩码,调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动;‎ B.打开速度传感器,取下轻绳和钩码,保持A中调节好的长木板倾角不变,让小车从长木板顶端由静止下滑,分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小和;‎ C.重新挂上细绳和钩码,改变钩码的个数,重复A到B的步骤.‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)按上述方案做实验,长木板表面粗糙对实验结果是否有影响?________‎ ‎(选填“是”或“否”);‎ ‎(2)若要验证动能定理的表达式,还需测量的物理量有________;‎ A.悬挂钩码的总质量m B.长木板的倾角θ C.两传感器间的距离l D.小车的质量M ‎(3)根据实验所测的物理量,动能定理的表达式为:________.(重力加速度为g)‎ ‎2、某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行,打点计时器工作频率为50Hz。‎ ‎(1)为了消除运动过程中所受摩擦的影响,调整时应将木板__________(选填“左”或“右”)端适当垫高以平衡摩擦力。‎ ‎(2)实验中,某同学打出一段纸带如图乙所示,相邻两计时点距离依次为:、、,则匀速运动的速度=__________m/s。‎ ‎(3)根据多次测量的数据,画出橡皮筋对小车做功W与小车匀速运动速度v草图如图丙所示,根据图线形状猜想,W与v的关系可能W为( )‎ A. B. C. D.‎ ‎3、某兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理．‎ ‎（1）有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：‎ A．电磁打点计时器 B．电火花打点计时器 为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择 （选填“A”或“B”）．‎ ‎（2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是 （选填“甲”或“乙”）．‎ ‎（3）消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如题图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度= m/s．‎ ‎（4）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L．小车动能的变化量可用算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；实验中，小车的质量应______ （选填“远大于”“远小于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W=mgL算出．多次测量，若W与均基本相等则验证了动能定理．‎ ‎4、某实验小组探究合外力做功和动能变化的关系,他们将宽度一定的遮光片固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连,在水平桌面上的两点各安装一个光电门,记录小车通过位置时的遮光时间,小车中可以放置砝码.‎ ‎(1)实验主要步骤如下:‎ ‎①实验前应将木板左端略微抬高,使小车通过两光电门的遮光时间相等,这样做的目的是__________.‎ ‎②用长度测量工具游标卡尺测量遮光片宽度为d(再用刻度尺量得之间的距离为L;‎ ‎③将小车停在C点,在砝码盘中放上砝码,小车在细线拉动下运动,记录此时小车(含挡光片及车中砝码)的质量为M,砝码盘和盘中砝码的总质量为m,小车通过的遮光时间分别为,已知重力加速度为g,则可以得到A至B过程中小车的合外力做功为__________,小车的动能变化量为__________(用相应的字母表示);‎ ‎④在小车中增减砝码或在砝码盘中增减砝码,重复③的操作.‎ ‎(2)为了实验能达到预期效果,步骤③中见应满足的条件是__________。‎ ‎5、某同学用如图甲所示的实验装置探究小车动能变化与合外力做功的关系。图中A为小车,连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔,它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上,C为弹簧测力计,P为重物,不计绳与滑轮的摩擦。实验时,先接通电源再释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点。‎ ‎(1)该同学在一条比较理想的纸带上,从点迹清楚的某点开始记为O点,顺次选取5个点,分别测量这5个点到O之间的距离,并计算出它们与O点之间的速度平方差,填入表中:‎ 点迹 O ‎/‎ ‎/‎ ‎1‎ ‎1.60‎ ‎0.04‎ ‎2‎ ‎3.60‎ ‎0.09‎ ‎3‎ ‎6.00‎ ‎0.15‎ ‎4‎ ‎7.00‎ ‎0.18‎ ‎5‎ ‎9.20‎ ‎0.23‎ 若测出小车质量为0.2kg,结合如图乙的图像可求得小车所受合外力的大小为__________N。‎ ‎(2)本实验中是否必须满足重物P的质量远小于小车的质量_________(填“是”或“否”)。‎ ‎(3)若该同学通过计算发现小车所受合外力小于弹簧测力计读数,明显超出实验误差的正常范围。你认为主要原因是_________________________________。‎ ‎6、某实验小组用如图所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系.铁架台固定在水平桌面上,将足够长的薄长木板倾斜放置,一端固定在水平桌面边缘P处,另一端放置在铁架台的铁杆上,忽略铁杆粗细,P处放置一光电门(未画出).实验步骤如下:‎ ‎①用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度,用天平测出滑块的质量m;‎ ‎②平衡摩擦力:以P处为长木板的转动中心,调节长木板在铁架台上的放置位置,使滑块恰好沿木板向下做匀速运动.在铁架台竖直杆上记下此位置,用刻度尺测出到水平桌面的高度H;‎ ‎③长木板一端保持在P处,另一端放置在铁架台竖直杆位置,用刻度尺量出的距离,将滑块从木板上的位置由静止释放,记录挡光片的挡光时间;‎ ‎④保持长木板一端在P处,重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置,重复步骤③数次.‎ ‎1.滑块沿长木板由运动到P的过程中,用测量的物理量回答下列问题(已知重力加速度为g).‎ ‎(1)滑块动能的变化量___________,‎ ‎(2)滑块克服摩擦力做的功___________,‎ ‎(3)合力对滑块做的功____________.‎ ‎2.某考生以木板在铁架台竖直杆上的放置位置到的距离h为横轴,以滑块通过光电门时的挡光时间t的倒数的平方为纵轴,根据测量数据在坐标系中描点画出图线,若图线为过原点的直线,且图线斜率__________,则能证明合外力做的功等于物体动能的变化量.‎ ‎7、某科技小组用如图所示装置验证动能定理。一端固定有定滑轮且带有刻度尺的倾斜气垫导轨固定在水平桌面上,导轨上A点处有一总质量为M、带遮光片的长方形滑块,滑块用平行于斜面的轻细绳通过定滑轮与一固定在桌面上的拉力传感器相连,实验步骤如下:‎ ‎①用游标卡尺测出遮光片的宽度d;‎ ‎②安装好实验器材,给气垫导轨接气源,然后读出拉力传感器的示数,记为F,同时从气垫导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离L;‎ ‎③剪断细绳,使滑块滑向光电门,并记录滑块通过光电门的时间t;‎ ‎④多次改变滑块与光电门之间的距离,记录相应的L与t的值,结果如表所示。‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎0.600‎ ‎0.800‎ ‎1.000‎ ‎1.200‎ ‎1.400‎ ‎8.22‎ ‎7.17‎ ‎6.44‎ ‎5.85‎ ‎5.43‎ ‎1.48‎ ‎1.95‎ ‎2.41‎ ‎2.92‎ ‎3.39‎ 请回答下列问题:‎ ‎(1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d的测量结果如图所示,则__________cm;‎ ‎(2)剪断细绳后,在滑块从A运动至B的过程中,若动能定理成立,则在本实验中与L的关系式为___________;‎ ‎(3)以L为横坐标,为纵坐标,请在图所示的坐标系中描点,并作出图像,根据你所作的图像,本实验__________(填“能”或“不能”)验证动能定理。‎ ‎8、同学们分别利用下图甲、乙所示的两种装置采用不同方法探究“合外力做功与动能改变量的关系”。其中小车A与纸带和打点计时器B相连,托盘C内装有砝码,D为无线测力传感器,可直接测量绳子给小车的拉力。‎ ‎1.下列说法正确的是(   )‎ A.两种方案都需要将导轨的右端垫高以平衡摩擦力 B.两种方案都需要测量并记录小车的质量 C.两种方案都需要测量并记录托盘及托盘中砝码的总质量 D.两种方案都要求托盘及盘中砝码总质量远小于小车A的质量 ‎2.如图丙是某次实验打下的纸带,其中O点是小车由静止释放瞬间打点计时器打下的第一个点,打点周期为T,相邻两点间还有四个点没画出,则打下C点时小车的速度大小为vc=________________‎ ‎3.若采用方案二进行实验,用天平测得小车的质量为M,传感器D测量得到绳子拉力为F,研究小车从开始运动到打下C点的过程,则根据动能定理,应验证的表达式为(用题目中已知物理量的符号表示)_________________‎ ‎4.若采用方案一进行实验,并将砝码盘和砝码总重力mg当作绳子拉力,多次实验发现拉力做功总是比小车动能增加量要__________一些(填“偏大”或“偏小),造成这种误差最可能的原因是__________‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 答案以及解析 ‎1答案及解析：‎ 答案：(1)否　(2)ACD　(3)‎ 解析：(2)小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态,撤去钩码后小车的合外力等于钩码的重力,所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响,根据动能定理可以知道,合外力对小车做的功等于小车动能的变化量,则有:,所以要测量悬挂钩码的总质量m,两传感器间的距离l,小车的质量M,所以ACD选项是正确的。‎ ‎ ‎ ‎2答案及解析：‎ 答案：(1)左; (2)2.0; (3)D 解析：(1)平衡摩擦力时,应将木板左端垫高形成斜面,使小车重力的下滑分力与摩擦力平衡;‎ ‎(2)由题给条件可知,小车自C点开始匀速运动,则匀速运动的速度;‎ ‎(3)根据图像结合数学知识可知,该图像形式和形式相符合,故选D。‎ ‎ ‎ ‎3答案及解析：‎ 答案：（1）B; （2）乙; （3）0.31（0.30~0.33都算对）; （4）远大于 解析：（1）为使纸带在运动时受到的阻力较小,应选电火花打点计时器即B; （2）当小车开始运动时有小车与木板间的摩擦为最大静摩擦力,由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力,所以甲同学的看法错误,乙同学的看法正确; （3）由图可知，相邻两点间的距离约为0.62cm，打点时间间隔为0.02s，所以速度为 ‎ ；‎ ‎（4）对小车由牛顿第二定律有：，对砝码盘由牛顿第二定律有： 联立解得：，当时有：，所以应满足：。‎ ‎ ‎ ‎4答案及解析：‎ 答案：(1)①平衡摩擦力;③; (2)M远大于m 解析：(1)实验前应将木扳左端略微抬高,使小车通过两光电门的遣光时间相等的目的是平衡孽擦力,小车受到的拉力等于合力,细线的拉力对小车做的功等于合力对小车做的功;A到B过程中小车的合外力做功等于砝码盘和盘中砝码的总重力做功,即,‎ 小车从A时的速度;,小车通过B时的速度:,‎ 则小车通过A到B过程中动能的变化量;‎ ‎(2)只有当M远大于m时.砝码盘和盘中砝码的重力才等干细线的拉力,即满足M远大于m时,可以用砝码盘和盘中砝码的重力做的功代替小车合力做的功。‎ ‎ ‎ ‎5答案及解析：‎ 答案：(1)0.25 (2)否 (3)未平衡摩擦力 解析：(1)根据作出的图像,由动能定理得,化简可得,可知图像的斜率等于,由题图乙可知,图像的斜率,故小车所受合外力的大小。‎ ‎(2)本实验中由弹簧测力计可以读出绳对小车的拉力大小,故无须满足重物P的质量远小于小车的质量。‎ ‎(3)实验中绳的拉力充当小车所受的合力,若未平衡小车受到木板的摩擦力,会使小车所受的合力小于绳的拉力,产生较大的误差,故主要原因是未平衡摩擦力。‎ ‎ ‎ ‎6答案及解析：‎ 答案：1.(1) (2) (3) 2.‎ 解析：1.(1)由于挡光片宽度很小,滑块通过光电门的速度近似为,滑块动能的变化量.‎ ‎(2)滑块从位置释放匀速下滑时,由动能定理有,且,得(x为P到铁架台竖直杆的距离,θ为此时长木板的倾角),从释放时,设长木板的倾角为α,长度为,则克服摩擦力做功为,,故.‎ ‎(3)合力做的功.‎ ‎2.由动能定理,有 整理得,故图线斜率.‎ ‎ ‎ ‎7答案及解析：‎ 答案：(1)1.00 (2) (3)如图所示(见解析);能 解析：(1)游标卡尺主尺部分读数为10mm;游标尺的读数为0.1×0mm=0mm,故游标卡尺读数为10mm+0.1×0mm=10.0mm=1.00cm。‎ ‎(2)滑块到达光电门时的速度为,则从A到B根据动能定理可得,整理可得。‎ ‎(3)由可得成正比,由图像可知本实验能验证动能定理,图像如图所示。‎ ‎ ‎ ‎8答案及解析：‎ 答案：1.AB; 2. 3. 4.偏大; 钩码也做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力, 导致拉力的功的测量值偏大 解析：1.两种方案都需要将导轨的右端垫高以平衡摩擦力,这样才能保证拉力的功等于合外力的功,选项A正确;两种方案都需要测量并记录小车的质量,这样才能求解小车的动能变化量,选项B正确;乙装置由于有力传感器,则不需要测量并记录托盘及托盘中砝码的总质量,也不要求托盘及盘中砝码总质量远小于小车A的质量,选项CD错误;故选AB. 2.因纸带上相邻两点间还有四个点没画出,可知t=5T,打下C点时小车的速度大小为因纸带上相邻两点间还有四个点没画出,可知t=5T,打下C点时小车的速度大小为 3.小车从开始运动到打下C点的过程动能的增量为;拉力的功W=Fs3,则应验证的表达式为 4.钩码也做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力,所以由钩码的重力代替拉力求解的功偏大,即导致拉力的功的测量值偏大;或者mg做功不仅增加小车动能,也增加砝码和砝码盘的动能.‎ ‎ ‎