1、1专题 7.6 实验：探究功与速度变化的关系【本节知识清单】1 探究的目的是研究外力对物体 与物体 的关系 2小车的末速度用来测量 。3本实验并不需要测量橡皮筋做功的具体值，只要保证各次实验橡皮筋做的功是第一次实验时的 ，这样做可以大大简化操作4实验所选取的器材：平板、小车、橡皮筋、钉子、打点计时器、纸带、 、 。 5在寻找功与速度变化的关系时，以橡皮筋的 为纵坐标， 为横坐标，作出 Wv 曲线(即功 速度曲线)分析这条曲线，得出橡皮筋的拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系【答案】1.做功；速度的变化 2.打点计时器 3.倍数 4.交流电源；刻度尺 5.拉力所做的功 W；小车的速度 v
2、【本节考点题组】【题组一】恒力做功与速度变化1.关于“探究恒力做功与动能变化”的实验，下列说法中正确的是( )A应调节 定滑轮的高度使细绳与木板平行B应调节定滑轮的高度使细绳保持水平C平衡摩擦力时，若纸带上打出的点 越来越密，就应调大斜面倾角D平衡摩擦力时，若纸带上打出的点越来越疏，就应调大斜面倾角【答案】AC 2.在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲）：下列说法哪一项是正确的 。 （填选项前字母）A.平衡摩擦力时必 须将钩码通过细线挂在小车上B.为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C 实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 O
3、、A、B、C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为 50 Hz则打 B 点时小车的瞬时速度大小为_m/s（保留三位有效数字） 。2【答案】C 0.6533.（2014 天津理综，9(2)）某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使 小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化关系，此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等，组装的实验装置如图所示。 若要完成实验，必需的实验器材还有哪些 。 实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列哪个A.避免小车在运
4、动过程中发生抖动B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动3D.可在平衡摩擦力后使绳 的拉力等于小车受的合力 平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车的速度，在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：。他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做的功总是比小车动能增量大一些，这 4一情况可能是下列哪些原因造成的A.在接通电源的同时释放了小车B.小车释放时离打点计时器太近C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.钩码做匀加速运动，钩码重力大于
5、细绳拉力 【答案】 刻度尺、天平（包括砝码）D 可在小车上加适量的砝码（或钩码） CD 44. 传感器是一种将非电学量转换成电信号的检测装置，它是实现自动检测和自动控制的手摇环节；某物理课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的动能定理如图甲所示，他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳，测出拉力 F；用位移传感器测出小车的位移 s 和瞬时速度已知小车质量为 200g4（1）某次实验得出拉力 F 随位移 s 变化规律如图乙所示，速度 v 随 位移 s 变化规律如图丙所示利用所得的 F-s 图象，求出 s=0.30m 到 0.52m 过程中力 F 做功 W=_J，此过程动
6、能的变化E k=_J（保留 2位有效数字）（2）下列情况中可减小实验误差的操作是_（填选项前的字母，可能不止一个选项）A使拉力 F 要远小于小车的重力B实验时要先平衡摩擦力C要使细绳与滑板表面平行【答案】 (1). 0.17 (2). 0.15 (3). BC5.某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关系” 实验开始前，他们提出了以下几种猜想：W ，Wv， Wv 2他们的实验装置如图甲所示，PQ 为一块倾斜放置的木板，在 Q 处固定一个速度传感器（用来测量物体每次通过 Q 点时的速度） ，每次实验，物体都从初始位置处由静止释放（1）该实验中是否需要测出物体的质量
7、 （2）同学们设计了以表格来记录实验数据其中 L1L 2L 3L 4，代表物体分别从不同高度处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v 1v 2v 3v 4，表示物体每次通过 Q 点的速度实验次数 1 2 3 4 L L1 L2 L3 L4 v v1 v2 v3 v4 他们根据实验数据绘制了如图乙所示的 Lv 图象，并得出结论 Wv 2他们的做法是否合适，你有什么好的建议？ 5（3）在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小 （填“会”或“不会” ）影响探究出的结果【答案】 （1）不需要 （2）不合适，应进一步绘制 Lv 2图象 （3）不会6.某同学验证动能定理的实验装置如图甲所示水平桌面上固定一
8、倾斜的气垫导轨；导轨上 A 点处有一带遮光片 的长方形滑块，其总质量为 M，实验步骤如下：甲用游标卡尺测出遮光片的宽度 d；安装好实验器材，给气垫导轨接上气源，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；剪断细绳，让滑块滑向光电门，并记录滑块通过光电门的时间 t；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，结果如下表所示：1 2 3 4 5L(m) 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400t(ms) 8.22 7.17 6.44 5.85 5.43(104s2 )1t21.48 1.95 2.41 2.92 3.
9、39试分析下列问题：(1)用游标卡尺测量遮光片宽度 d 的测量结果如图乙所示，则 d_cm.乙(2)剪断细绳后，滑块开始加速下滑，则其受到的合外力为_(3)剪断细绳后，在滑块从 A 运动至 B 的过程中，合外力对滑块、遮光片组成的系统做的功可表示为6W_，动能的增 加量可表示为 Ek_；若动能定理成立，则在本实验中 与 L 的关系式1t2为 _.1t2【答案】:(1)1.00cm； (2)F; (3) FL ; 2)(1tdM ; .2FLMd2.某同学利用如图所示的装置验证动能定理。将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸。将小球从不同的标记点由静止释放，记
10、录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移 yo改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：（1）在安装斜槽时，应注意；（2）已知斜槽倾角为 ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为 ，木板与斜槽末端的水平距离为 x，小球在离开斜槽后的竖直位移为 y，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动能定理成立则应满足的关系式是 （3）若想利用图像直观得到实验结论，最好应以 H 为横坐标，以 为纵坐标，描点作图。【答案】 （1）使斜槽末端 O 点的切线水平.（2） （3） 1y【解析】 （1）由于是利用平抛运动测量小球到达 O 点时的瞬时速度，故应
11、使斜槽末端 O 点的切线水平.7（2）小球从斜槽上滑下的过 程中合力做功 。小球做平抛运动的初速度 ，则小球到达 O 点时的动能 21mvEk，若 kEW，则有，可得 。 （3）由可以看出，H 与 y 成反比，故由“化曲为直”的原则可知应以 1y为纵坐标。【题组二】变力做功与速度变化1.关于“探究功与物体速度变化的关系”的实验中， 下列叙述正确的是( )A每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C放小车的长木板应该尽量使其水平D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出【答案】D 2.（2009 安徽理综，21，6 分）探究力对原来静止的物体做
12、的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所师，实验主要过程如下：（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为 W、2 W、3 W、；（2）分 析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度 1v、 2、 3、；（3）作出 Wv草图；（4）分析 图像。如果 v图像是一条直线，表明 ；如果不是直线，可考虑是否存在8W 2v、 3、 v等关系。以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是_。A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为 W、2 W、3 W、。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用 1 条橡皮筋进行是实验时，橡皮筋对小车做的功为 W，用2 条、3 条、橡皮筋并在一起进行第
13、 2 次、第 3 次、实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3 W、。B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。【答案】D 3某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为 W.当用 2 条、3 条完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2次、第 3 次实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保
14、持一致)，每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_(选填“交流”或“直流”)电源(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面操作正确的是( )A放开小车，能够自由下滑即可B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是( )9A橡皮筋处于原长状态B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处D小车已过两
15、个铁钉的连线(4)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量(根据如图所示的纸带回答)【答案】(1)交流 (2)D (3)B (4) GJ 4.如图所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。当小车在 l 条橡皮筋 的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小 车做的功记为 W。当用 2 条、3 条橡皮筋重复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为 2W、3W。（1）图中电火花计时器的工作电压是_V；（2）实验室提供的器材如下：长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等，还缺少的测量工具是_；（3）图中小车上有一固定小立柱，下图给出了
16、4 种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，你认为最合理的套接方式是_；（4）在正确操作的情况下，某次所打的纸带如图所示。打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量(根据下面所示的纸带回答） ，小车获得的10速度是_m/s。(计算结果保留两位有效数字）【答案】220；刻度尺；A；GJ，0.655.探究“做功和物体速度变化的关系”实验装置如图甲所示，图中是小车在 1 条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。小车实验中获得的速度 v，由打点计时器所打点的纸带测出，橡皮筋对小车做的功记为W；实验时，将木板左端调整到适当高度，每次橡皮筋都拉伸到同一位
17、置释放。请回答下列问题：当我们把 2 条、3 条完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次多次实验。请回答下列问题：图甲.图乙（1）除了图甲中已给出器材外，需要的器材还有：交流电源、_；（2）如图乙中，是小车在某次运动过程中打点计时器在纸带上打出的一系列的点，打点的时间间隔为0.02s，则小车离开橡皮筋后的速度为 m/s（保留两位有效数字）(3) 将几次实验中橡皮筋对小车所做的功 W 和小车离开橡皮筋后的速度 v，进行数据处理，以 W 为纵坐标，v 或 v2为横坐标作图，其中可能符合实际情况的是_3.7 mm2.3 4.9 5.9 7.2 7.27.27.26.711【答案】 （1）毫
18、米刻度尺 （2）0.36 （3）AD6.为了探究合力做功与物体动能变化的关系，某实验小组设计了如下实验方案：木板左端固定着一个挡板，一根轻质弹簧左端可以拴在挡板上，右端可以拴住一个滑块，滑块右端拴着一根细线，细线跨过木板右端的定滑轮，拴着一个重锤，重锤右侧有一个遮光片，当弹簧的长度为原长时，遮光片恰好处于光电门 A 处，光电门 A 和 B 分别连接计时器（图中未画出） 。已知弹性势能的表达式为 Ep k(x) 2，忽略滑轮摩擦及空12气阻力。实验步骤如下：（1）简述平衡摩擦 力的方法：_ _。（2）在挡板和滑块间连接好弹簧，保持木板倾角不变，将弹簧分别拉长x、2x、3x、4x、后，从静止释放滑
19、块，分别记下遮光片通过光电门A的时间t 1、t 2、t 3、t 4、。若将前3次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W 1、W 2、W 3，则W 1W 2W 3_；（3）若以W为纵坐标、 t为横坐标作图，则得到的图象近似是_（填“一条直线”或“一条曲线” ） 。12（4）实验中， _（填“必须”或“可以不” ）测量遮光片的宽度。_（填“必须”或“可以不” ）测量滑块和重锤的质量。【答案】 （1）先取下弹簧，将木板有滑轮一端垫起，调整木板倾角，直到向下轻推滑块后，遮光片先后经过光电门B与A的时间相等。（2）1：4：9（3）一条直线（4）可以不；可以不.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，某实验研究小组的实验装置如图甲所示。木块从 A点静止释放后，在一根弹簧作用下弹出，沿足够长的木板运动到 B1点停下， O点为弹簧原长时所处的位置，测得OB1的距离为 L1，并记录此过程中弹簧对木块做的功为 W1。用完全相同的弹簧2根、3根并列在一起进行第2次、第3次实验并记录相应的数据，作出弹簧对木块做功 W与木块停下的位置距 O点的距离 L的图象如图乙所示。请回答下列问题：（i） WL图线为什么不通过原点？ 。（ii）弹簧被压缩的长度 LOA = cm。【答案】 （1）由于木块通过 AO 段时，摩擦力对木块做了功或 W 不为总功。（2）3cm 13
