1、专题专题 45探究合外力对物体做功与速度的关系探究合外力对物体做功与速度的关系 1利用如图 1 所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系小车的质量为 M 200.0g，钩码的质量为 m10.0g，打点计时器的电源为 50Hz 的交流电 (1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察 到_ (2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图 2 所示选择某一点为 O，依次每隔 4 个 计时点取一个计数点用刻度尺量出相邻计数点间的距离x，记录在纸带上计算打出各计 数点时小车的速度 v，其中打出计数点“1”时小车的速度 v1_m/s. (3)将钩码的重力视为小车受到
2、的拉力，取 g9.80m/s2，利用 Wmgx 算出拉力对小车 做的功 W.利用 Ek1 2Mv 2算出小车动能，并求出动能的变化量Ek.计算结果见下表 W/10 3J 2.452.923.353.814.26 Ek/10 3J 2.312.733.123.614.00 请根据表中的数据，在方格纸上作出EkW 图像 (4)实验结果表明，Ek总是略小于 W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成 的用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力 F_N. 2某兴趣小组用如图 1 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
3、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，其中的一段如图 2 所示图中纸带按实际尺寸画出，纸带上 A 点的速度 vA_m/s. (4)测出小车的质量为 M， 再测出纸
4、带上起点到 A 点的距离为 L.小车动能的变化量可用Ek 1 2Mv 2 A 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 WmgL 算出多次测量，若 W 与Ek均基本相等则验证了动能定理 32021河南省南阳市月考某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系 ()小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记 为 M1； ()在钉子上分别套上 2 条、3 条、4 条同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都 保持一致，重复步骤()，小物块落点分
5、别记为 M2、M3、M4； ()测量相关数据，进行数据处理 (1)(多选)为求出小物块抛出时的动能，需要测量下列物理量中的_(填正确答案标 号). A小物块的质量 m B橡皮筋的原长 x C橡皮筋的伸长量x D桌面到地面的高度 h E小物块抛出点到落地点的水平距离 L (2)将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为 W1、W2、W3，小物块抛出点到落地 点的水平距离分别记为 L1、L2、L3.若功与速度的平方成正比，则应以 W 为纵坐标、以 _为横坐标作图，才能得到一条直线 (3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于_(填“偶然误 差”或“系统误差”). 42021安徽江南十
6、校联考某同学设计如图所示装置来探究动能定理带有水平部分的 斜槽固定在地面上(固定部分没有画出)，斜槽面倾角为，在 E 点与水平部分平滑连接水平 部分高度为 H，末端 F 点在水平地面上的投影点记为 O 点O 点右侧铺一张白纸，上面铺上 复写纸以记录落点位置先让可视为质点的滑块从斜槽面上的某一点释放，恰好运动到 F 点， 该释放点记为 M 点在斜槽上作出 N、P、Q 点，且 MNNPPQ.然后分别让滑块从 N 点、 P 点、Q 点由静止释放落到水平地面白纸上的 A1、A2、A3点已知斜槽面各处粗糙程度相同 (1)利用“倍增法”来探究动能定理的过程中，斜槽面的倾角，斜槽水平部分的高度 H 是 否必
7、须测量_(填“是”或“否”)？在实验误差允许的范围内，满足 OA1OA2OA3 _，动能定理得到验证 (2)(多选)若斜槽的倾角，桌面高度 H 在实验前已被测定有人想借助该装置测定斜槽面 与滑块间的动摩擦因数，必须要测定的物理量是() A滑块质量 B当地的重力加速度 g C释放点到 M 点的距离 x1 D滑块落地点到 O 点的距离 x2 5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
8、位置释放 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： (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)(多选)将几次实验中橡皮筋对小车做的功 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_ 62021江西赣州市测试某实验小组利用图甲所示实验装置及数字化信息系统探究“外 力做功与小车动
9、能变化的关系”实验时将小车拉到水平轨道的 O 位置由静止释放，在小车 从 O 位置运动到 A 位置过程中，经计算机处理得到了弹簧弹力与小车位移的关系图线如图乙 所示，还得到了小车在 A 位置的速度大小 vA；另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器) 的总质量为 m.回答下列问题： (1)小车从 O 位置运动到 A 位置过程中弹簧对小车所做的功 W_， 小车的动能改 变量Ek_(用 m、vA、FO、FA、xA中各相关物理量表示) (2)若将弹簧从小车上卸下，给小车一初速度 v0，让小车从轨道右端向左端滑动，利用位 移传感器和计算机得到小车的速度随时间变化的图线如图丙所示，则小车所受轨道摩擦力的
10、 大小 Ff_(用 m、v0、tm中各相关物理量表示). (3)综合步骤(1)、(2)，该实验所要探究的“外力做功与小车动能变化的关系”表达式是 _(用 m、vA、FO、FA、xA、v0、tm中各相关物理量表示). 7如图所示是某同学做“探究功与速度变化的关系”的实验装置图，图中是小车在一条 橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形当把 2 条、3 条完全相同的橡皮筋并在一起进行 第 2 次、第 3 次实验时，每次使小车从同样的位置被弹出小车每次实验中获得的速度 由打点计时器打出的纸带测出 (1)实验中需要通过调整木板倾斜程度以平衡摩擦力，目的是_ A为了使小车能做匀加速运动 B为了增大橡皮筋对小车
11、的拉力 C为了使橡皮筋对小车做的功等于合力对小车做的功 D为了增大小车的动能 (2)(多选)下列操作或措施对实验结果没有影响的是_ A.没有测出橡皮筋对小车做功的具体数值 B选取橡皮筋的劲度系数不同 C没有测量出小车的质量 D误将橡皮筋串在了一起 (3)在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的如图为某次实验中通过打点 计时器获得的纸带，其中每两个计数点间还有一个点未标出已知打点计时器使用的交流的 周期为 0.02s，则小车获得的最大速度大小为_m/s(结果保留两位有效数字). (4)(多选)若并联橡皮筋的条数为 n，小车的最大速度为 v，橡皮筋对小车做的功为 W，则 下列图像可能正确的
12、是_ 专题专题 45探究合外力对物体做功与速度的关系探究合外力对物体做功与速度的关系 1(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)见解析图(4)0.093 解析：(1)当木板倾角满足MgcosMgsin时，不挂钩码时小车所受合外力为零，且与 质量无关，此时轻推小车，匀速下滑 (2)打出计数点“1”时小车的速度 v1（2.062.50）10 2 0.2 m/s0.228m/s. (3)根据题表格中的数据，描点作图，如图所示， (4)由于 Wmgx，EkFx，则有 FEk W mg4.242.00 4.502.140.019.8N0.093N 2(1)B(2)乙(3)0.31(0.300.33 都
13、算对)(4)远大于 3(1)ADE(2)L2(3)系统误差 解析：(1)动能和质量有关，需要测量出小物块的质量，然后就是测量小物块的速度，小 物块抛出后做平抛运动，在水平方向上做匀速直线运动，v0L t ，L 表示水平方向上的位移， 即小物块抛出点到落地点的水平距离，在竖直方向上做自由落体运动，有 h1 2gt 2，故测量时 间需要测量下落的高度，故 ADE 正确 (2)根据 h1 2gt 2，v0L t ，可得 v2 0 L 2 t2 L 2 2h g g 2hL 2，因为功与速度的平方成正比，所以功 与 L2成正比，故应以 W 为纵坐标、L2为横坐标作图，才能得到一条直线 (3)由于实验装
14、置存在一些不能克服的问题而导致的误差叫做系统误差，故由于小物块与 桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差 4(1)否1 2 3(2)CD 解析：(1)小球每次平抛运动的时间相等，平抛初速度之比等于落地点到 O 点的水平距离 之比，故不用测量斜槽水平部分的高度 H；根据题意，三次释放的合力做功之比为 123， 因此平抛的初速度的平方之比为 123，平抛运动的水平位移之比为 1 2 3. (2)对全过程由动能定理有 mgsinx1mgcosx11 2mv 2，平抛运动过程中，v2gx 2 2 2H ，解 得tan x2 2 4Hcosx1，故 CD 正确 5(1)毫米刻度尺(2)0.36(3)AD 解析：(1)本实验需要用毫米刻度尺测量纸带上点和点之间的距离； (2)小车的最大速度即为小车离开橡皮筋后的速度，大小为 vd t 0.0072 0.02 m/s0.36m/s； (3)根据动能定理，功与速度的平方成正比，那么功与速度的函数关系应该为开口向上的 曲线，AD 正确 6(1)1 2(F OFA)xA 1 2mv 2 A (2)mv0 tm (3)1 2(F OFA)xAmv 0 xA tm 1 2mv 2 A 7(1)C(2)AC(3)1.7(4)AC
