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2017-2018年人教版 高一物理 必修2 第七章第六节实验:探究功与速度变化的关系 课时作业

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                  第七章       机械能守恒定律
         第六节       实验:探究功与速度变化的关系

    1.(多选)在“探究功与物体速度变化的关系”实验中,下列说
法正确的是(  )
    A.小车在橡皮筋的作用下弹出,橡皮筋所做的功可根据公式
W=Fl  算出
    B.进行实验时,必须先平衡摩擦力
    C.正确分析实验所打出来的纸带可判断出:小车先做匀加速
直线运动,再做匀速直线运动,最后做减速直线运动

    D.通过实验数据分析得出结论:W               与 v2 成正比
    解析:利用橡皮筋探究功与速度变化关系的实验中,应选取几
条完全相同的橡皮筋,为使它们每次做的功相同,橡皮筋拉伸的长
度必须保持一致;橡皮筋完全相同,通过增加橡皮筋的条数来使功
加倍,因此不需要计算橡皮筋每次对小车做功的具体数值,橡皮筋

所做的功也不能用        W=Fl  算出,故    A 错误.进行实验时,必须先平
衡摩擦力,故      B 正确.橡皮筋伸长的长度逐渐减小,所以弹力也在
逐渐减小,小车做加速度减小的加速运动,在橡皮筋恢复原长后,

小车受力平衡,将做匀速直线运动,故                 C 错误.通过实验数据分析

得出结论:W      与 v2 成正比,故     D 正确.
    答案:BD
    2.用如图所示的装置,探究功与物体速度变化的关系,实验时,
先适当垫高木板,然后由静止释放小车,小车在橡皮筋弹力的作用
下被弹出,沿木板滑行.小车滑行过程中带动通过打点计时器的纸
带,记录其运动情况.观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀,后面
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部分点迹比较均匀,回答下列问题:


    (1)适当垫高木板是为了________________________________.
    (2)通过纸带求小车速度时,应使用纸带的__________(选填“全
部”“前面部分”或“后面部分”).
    (3)若实验做了    n 次,所用橡皮筋分别为          1 根、2  根……n   根,

通过纸带求出小车的速度分别为              v1,v2,…,vn,用     W 表示橡皮筋
对小车所做的功,作出的           W-v2  图线是一条过坐标原点的直线,这
说明  W  与 v 的关系是
___________________________________________
    ______________________________________________________.
    解析:(1)为使橡皮筋对小车做的功等于合力对小车做的功,需
利用小车重力沿木板方向的分力平衡摩擦力.(2)实验中需要求橡皮
筋做功后小车获得的速度,所以应用纸带的后面部分.(3)“过原点
的直线”意味着纵横坐标轴对应的两个量成正比关系.

    答案:(1)平衡摩擦力 (2)后面部分 (3)W            与速度   v 的平方成
正比

    3.测量滑块在运动过程中所受的合外力是“探究功与速度变化
的关系”实验要解决的一个重要问题.为此,某同学设计了如下实
验方案:


    A.实验装置如图所示,一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑
的轻质滑轮挂上钩码,用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫起,
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调整长木板的倾角,直至轻推滑块后,滑块沿长木板向下做匀速直
线运动;

    B.保持长木板的倾角不变,取下细绳和钩码,让滑块沿长木
板向下做匀加速直线运动.
    请回答下列问题:

    (1)滑块做匀速直线运动时,打点计时器在纸带上所打出点的分
布应该是________;
    (2)滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力大小______钩码的重
力大小(选填“大于”“等于”或“小于”).
    解析:(1)纸带上的不同点痕记录了滑块在不同时刻的位置和不
同时间内的位移.当滑块做匀速直线运动时,点痕的分布应该是等
间距或均匀的.

    (2)悬挂钩码,滑块匀速下滑时,根据滑块的平衡条件有                     mgsin 

θ-f-G  码=0,所以     G 码=mgsin   θ-f.当保持长木板的倾角不变,
取下细绳和钩码,让滑块沿长木板向下做匀加速直线运动时,滑块

受到的合外力      F 合=mgsin θ-f.显然,F    合=G  码.
    答案:(1)等间距(或均匀)的 (2)等于
    4.在“探究做功与速度变化的关系”实验中,常用的两种实验
方案如图所示.甲通过重物提供牵引力,小车在牵引力作用下运动,
用打点计时器测量小车的速度,定量计算牵引力所做的功,进而探
究牵引力所做功与小车速度的关系;乙通过不同条数橡皮筋的作用
下将小车弹出,用打点计时器测量小车的速度,进而探究橡皮筋对
小车所做功与其速度的关系.
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    (1)(多选)针对这两种实验方案,以下说法正确的是(  )
    A.甲可以只打一条纸带研究,而乙必须打足够多条纸带才能
研究

    B.甲中需要平衡小车运动中受到的阻力,而乙中不需要平衡
阻力

    C.甲中小车质量必须远大于所挂重物的质量,而乙中小车质
量没有特别的要求

    D.乙方案中,换用        2 根同样的橡皮筋在同一位置释放,橡皮
筋所做的功与一根橡皮筋拉至伸长量为原来                  2 倍橡皮筋所做的功是
一样的

    (2)某同学在实验中打出的一条纸带如图所示,0,1,2,…,
7 为纸带上连续打出的点,打点计时器的电源频率为                      50 Hz.根据这
条纸带,可以判断他在实验中采用的方案是________(选填“甲”或
“乙”),实验中小车失去外力后的速度为________m/s.


    解析:(1)甲实验中根据打下的一条纸带,运用匀变速直线运动
的推论可求得速度,并能根据纸带测量出重物下落的距离,即可进
行探究;在乙实验中,要改变拉力做功时,用不同条数的橡皮筋且
拉到相同的长度,这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系,所以必

须打足够多条纸带才能研究,故              A 正确.在两个实验中,小车下滑
时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等
于合力,则都要用重力的下滑分量来平衡摩擦力,使得拉力的功等

于合外力对小车做的功,故            B 错误.在甲实验中,要用重物的重力
替代细线的拉力,必须满足这个条件:小车质量远大于所挂重物的

质量;而在乙实验中,小车质量没有特别的要求,故                      C 正确.由橡
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皮筋伸长量越大,拉力越大,在乙实验中,换用                    2 根同样的橡皮筋
在同一位置释放,若橡皮筋伸长量变为原来的                   2 倍,则橡皮筋做功
增加,大于原来的        2 倍,故   D 错误.故选     A、C.(2)在甲实验中,小
车做匀加速直线运动,根据推论:Δx=aT2,在连续相等时间内位
移应均匀增大;在乙实验中,小车先做变加速运动,在失去外力后
做匀速直线运动.由纸带上的数据看出,此小车最后做匀速运动,

故他在实验中采用的方案是乙.由数据看出,打点                     4 后小车失去外

                 x 3.50+3.49+3.51
力,则速度为:v=t=           3 × 0.02 ×10-2 m/s=1.75 m/s.
    答案:(1)AC (2)乙 1.75
    5.某同学利用图甲探究力对物体做的功与物体速度的关系,得
到了表中的数据:


                             图甲

          实验次数            1     2     3     4      5
         橡皮筋条数            1     3     4     5      7

     小车速度    v/(m·s-1)   0.71  1.23  1.42  1.58  1.87
    (注:每条橡皮筋拉长的长度都一样)
    (1)由表可得出定性结论:
_________________________________.

    (2)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做功为                W0,在图乙中大致画
出橡皮筋所做的功        W 与小车速度     v 的图象.
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                             图乙

    (3)由图乙大致可判断出        W 与  v 的关系是__________________.
    (4)填写表中的空白部分.

               实验次数         1    2  3   4   5

              橡皮筋做功         W0

              v2/(m2·s-2)
             W 与 v 的关系
    解析:每条橡皮筋拉长的长度都一样,一条橡皮筋拉长到固定

长度所做的功为       W0,则做功与拉长橡皮筋条数成正比,第                 2、3、

4、5 次拉长橡皮筋做功应分别为            3W0、4W0、5W0、7W0.
    (1)定性结论:小车获得的速度与橡皮筋做的功有关,并且做功
越大,小车获得的速度越大.

    (2)W 与 v 关系的图象为抛物线,如图所示.


    (3)W∝v2.
    (4)如表.

         实验次数          1       2     3     4     5

        橡皮筋做功          W0    3W0    4W0   5W0   7W0

       v2/(m2·s-2)    0.50   1.51   2.02  2.50  3.50
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      W  与 v 的关系                  W∝v2
    答案:见解析

    6.某兴趣小组通过物块在斜面上运动的实验,探究“合外力做

功 W  和物体速度     v 变化的关系”,实验开始前,他们提出了以下几
种猜想:①W∝       v;②W∝v;③W∝v2.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,每次实
验物体都从不同位置处由静止释放.


                      图甲     图乙

    (1)实验中是否需要测出木板与水平面的夹角?________.

    (2)同学们设计了以下表格来记录实验数据.其中                   L1、L2、L3、

L4、…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,v1、v2、v3、v4、…表示物体每次通过                 Q 处时的速
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,由图象形状
得出结论:W∝v2.他们的做法是否合适,并说明理由?__________
    ______________________________________________________.
    (3)在此实验中,木板与物体间摩擦力大小________(选填“会”
或“不会”)影响得出的探究结果.
    解析:(1)在本实验中,合外力做功仅与物体释放的位置有关,
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不需要测木板与水平面的夹角.(2)图象是曲线,不能通过                      Lv 图象
确切反映出     Wv2 的规律.(3)不会,合外力做功已经包含了摩擦力做
功的因素.

    答案:(1)不需要 (2)不合适,因为曲线不能直接确定函数关系 
(3)不会
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