【导学案】2021年高中物理人教版必修二教师用书-7.6-实验：探究功与速度变化的关系-配套练习

1.如图所示,在“探究功与速度变化的关系”的试验中,关于橡皮筋做的功,下列说法正确的是()。A.橡皮筋做的功可以直接测量B.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加C.橡皮筋在小车运动的全程中始终做功D.把橡皮筋拉伸为原来的两倍,橡皮筋做功也增加为原来的两倍【解析】橡皮筋的功等于橡皮筋所释放的弹性势能,但无法直接测量,橡皮筋的条数成倍增加,弹性势能也会成倍增加,即做功成倍增加,但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功,故A、C错,B对。橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比,当拉伸为原来的两倍时,功变为原来的四倍,故D错。【答案】B2.某同学在做利用钩码、小车探究功与速度变化关系的试验时,拖着纸带的小车在钩码拉力的作用下由静止运动到木板底端,在此过程中打点计时器在纸带上打下的相邻点间的距离变化状况是()。A.始终是均匀的B.先减小后增大C.始终增大 D.先增大后减小【解析】钩码对小车作用过程中小车速度增大,所以点间距始终增大,C正确;若在小车未到达长木板另一端之前钩码落地,绳子拉力消逝,小车开头做减速运动,因此打下的点的间距再变小,D选项有可能。【答案】CD3.在“探究功与物体速度变化关系”的试验中,下列画出的W-v的图象中,可能正确的是()。【解析】通过试验可知,做的功W与小车速度v2成正比,所以W与v应是二次函数关系,B正确,A、C、D均错。【答案】B4.关于“探究功与物体速度变化的关系”的试验,下列叙述正确的是()。A.每次试验必需设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B.每次试验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持全都C.放小车的长木板应当尽量使其水平D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出【解析】本试验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要使得以后每次试验时橡皮筋做的功是第一次试验时的整数倍就已经足够了,A错;每次试验橡皮筋伸长的长度必需保持全都,只有这样才能保证以后每次试验时,橡皮筋做的功是第一次试验时的整数倍,B错;小车运动中会受到阻力,只有使木板倾斜到肯定程度,才能减小误差,C错;试验时,应当先接通电源,让打点计时器开头工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确。【答案】D5.某同学想利用自由落体运动争辩功与物体速度的关系,试验中下列四组物理量中需要直接或间接测量的量有()。A.重物的质量B.重力加速度C.重物下落的高度D.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度【解析】物体受力不变,可以利用下降高度与物体速度的关系代表功与物体速度的关系,所以必需测量下落高度,再利用下落高度计算对应各点的瞬时速度,故C、D对,A、B错。【答案】CD6.如图所示,探究橡皮筋的弹力对小车所做的功与小车速度变化的关系时,小车运动中会受到阻力,可以使木板略微倾斜,作为补偿。木板应当倾斜到什么程度?【解析】本试验探究的是橡皮筋的弹力对小车做的功与小车速度变化的关系,在小车所受的力中,只有橡皮筋的弹力对小车做功,若不使木板倾斜,小车所受的阻力就对小车做负功,所以应当让木板稍倾斜,使小车所受到的木板的摩擦力与小车的重力沿斜面(木板)的分力平衡,此时就只有橡皮筋的弹力对小车做功了。【答案】木板应当倾斜到使小车在无牵引力的作用下,牵引纸带做匀速直线运动7.某学习小组做探究合力的功和物体速度变化关系的试验,如图甲所示,图中小车在一条橡皮筋作用下弹出沿木板滑行,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……试验时,使每次试验中橡皮筋伸长的长度都保持全都。每次试验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。甲(1)除了图甲中已有的试验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和(填“沟通”或“直流”)电源。(2)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()。A.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.小车已过两个铁钉的连线(3)在正确操作的状况下,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(依据如图乙所示的纸带回答)。乙【解析】(1)打点计时器使用的是沟通电源。(2)木板水平放置时,木板对小车有摩擦力作用,当橡皮筋对小车的拉力与摩擦力平衡时,小车的速度最大,所以橡皮筋仍处于伸长状态,故B正确。(3)应选用纸带上点间隔不变的一段求速度,即GJ。【答案】(1)沟通(2)B(3)GJ8.用图甲所示的试验装置探究恒力做功和物体速度变化间的关系。(1)某同学的试验方案如图甲所示,用钩码的重力表示小车受到的合外力,为了减小这种做法带来的试验误差,你认为在试验中还应当实行的两项措施是①;②。(2)图乙是某次试验中得到的一条纸带,其中A、B、C、D、E、F是计数点,相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图乙所示,则打B点时小车的速度为;要验证合外力的功与速度变化间的关系,除位移、速度外,还要测出的物理量有。【解析】(1)要探究合外力的功和动能变化间的关系,在本试验中是用绳子拉力代表小车所受合外力,所以除拉力外,外力的矢量和应为0,所以要平衡摩擦力。只有钩码质量M≫小车总质量m,拉力才约等于钩码重力。(2)B点的速度vB=,由于认为小车所受的合外力等于钩码的质量,所以要测出钩码的质量和小车的质量。【答案】(1)①平衡摩擦力②钩码的质量远小于小车的总质量(2)钩码的质量和小车的质量9.现有以下器材:打点计时器、重锤、纸带、铁架台、直尺、铅笔等,试设计一个试验,争辩合外力的功与物体的速度的关系。要求:(1)构思试验方案。(2)说明探究功与速度关系的方法。【解析】本题考查同学探究功与速度变化关系试验的迁移力量,涉及试验原理、试验方法(步骤)和数据的测量及处理等多个方面。(1)试验方案:①让重锤牵动纸带做自由落体运动,重锤下落不同高度时,重力做的功也不相同,由此可以取得重力做的功的不同数值。②由打点计时器打出的纸带可以求出物体下落不同高度时的瞬时速度。③争辩重力做的功与物体获得速度的关系。(2)探究功和速度之间的关系:①在坐标纸上规定适当的标度,建立W-v坐标系,描出一系列的点。②用平滑的曲线连接各个点,得到一条曲线,争辩规律。③假如从曲线中很难发觉功与速度的关系,可尝试取v2、v3或为横坐标,再描点连线进行争辩。【答案】见解析10.某爱好小组在做探究合力做功和物体速度变化关系的试验前,提出了以下几种猜想:①W∝v;②W∝v2;③W∝。他们的试验装置如图所示,PQ为一块倾斜放置的薄木板,试验开头,他们共同探究如何测量出小车通过斜面底端Q点的速度。有位同学认为可以通过试验改进,不需要测出小车通过Q点的速度,也能完成试验。他的方案是:①将另一长木板置于水平桌面。②在薄木板上标出等距离的位置点,然后将薄木板倾斜放置于长木板上并固定。③将小车从薄木板上离长木板最近的第1位置释放,登记小车在长木板上停止的位置x1。④将小车分别从薄木板第2、第3……位置释放,登记小车在长木板上停止的位置x2、x3……⑤用刻度尺测量出各位置点离斜面底部的距离。大家经过争辩接受了该同学的建议,请你思考他们的探究思路并回答下列问题。(1)小车从斜面某一位置静止下滑,下滑过程中合力做功,本试验中通过转变来把握合力所做的功成倍增加。(2)该试验中,将小车滑到斜面底部Q点速度的测量转化为的测量。(3)下表是试验测得的数据。数据组1234功W2W3W4W水平位移x(cm)2.96.29.212.2依据表格,可以确定小车在斜面上下滑过程中,合力对小车做的功与小车获得的速度的关系为:。(4)在本试验方案中,薄木板与小车间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果?为什么?(5)试验过程中,薄木板倾斜度大一些好还是小一些好?【解析】小车从斜面某一位置静止下滑,下滑过程中重力和摩擦力的合力做功。对同一小车来说,重力和摩擦力不变。要使合力所做的功W=FL成倍增加,可通过转变小车在斜面上的下滑位置来把握,也就是使物块下滑的距离为L、2L、3L、…,相应的合力所做的功也就为W、2W、3小车从斜面滑下后,在长木板上将在摩擦阻力作用下做匀减速直线运动,并最终停下。设小车到斜面底部时的速度为v,在长木板上滑行的距离为x,则v2=2ax。对于同一小车,在