新高考物理一轮练习专题45探究合外力对物体做功与速度的关系

专题45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m＝10.0g，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Δx，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的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W.利用Ek＝eq\f(1,2)Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔEk.计算结果见下表．W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在方格纸上作出ΔEk－W图像．(4)实验结果表明，ΔEk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，再测出纸带上起点到A点的距离为L.小车动能的变化量可用ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(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W＝mgL算出．多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理．3．[2021·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．(ⅰ)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；(ⅱ)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(ⅰ)，小物块落点分别记为M2、M3、M4……；(ⅲ)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mB．橡皮筋的原长xC．橡皮筋的伸长量ΔxD．桌面到地面的高度hE．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”).4．[2021·安徽江南十校联考]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θ，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MN＝NP＝PQ.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θ，斜槽水平部分的高度H是否必须测量________(填“是”或“否”)？在实验误差允许的范围内，满足OA1∶OA2∶OA3＝________，动能定理得到验证．(2)(多选)若斜槽的倾角θ，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μ，必须要测定的物理量是()A．滑块质量B．当地的重力加速度gC．释放点到M点的距离x1D．滑块落地点到O点的距离x25．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________．6．[2021·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ΔEk＝________．(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是________．专题45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θ满足μMgcosθ＝Mgsinθ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＝eq\f(（2.06＋2.50）×10－2,0.2)m/s＝0.228m/s.(3)根据题表格中的数据，描点作图，如图所示，(4)由于W＝mgΔx，ΔEk＝FΔx，则有F＝eq\f(ΔEk,W)mg＝eq\f(4.24－2.00,4.50－2.14)×0.01×9.8N＝0.093N．2．(1)B(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算对)(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，v0＝eq\f(L,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h＝eq\f(1,2)gt2，故测量时间需要测量下落的高度，故ADE正确．(2)根据h＝eq\f(1,2)gt2，v0＝eq\f(L,t)，可得veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＝eq\f(L2,t2)＝eq\f(L2,\f(2h,g))＝eq\f(g,2h)L2，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∶eq\r(2)∶eq\r(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1∶2∶3，因此平抛的初速度的平方之比为1∶2∶3，平抛运动的水平位移之比为1∶eq\r(2)∶eq\r(3).(2)对全过程由动能定理有mgsinθx1－μmgcosθx1＝eq\f(1,2)mv2，平抛运动过程中，v2＝eq\f(gxeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),2H)，解得μ＝tanθ－eq\f(xeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2)),4Hcosθx1)，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v＝eq\f(d,t)＝eq\f(0.0072,0.02)m/s＝0.36m/