高考物理复习第五章机械能守恒定律实验7探究做功与物体速度变化的关系

试验7探究做功与物体速度改变关系(必考)1/32[考纲解读]

(1)经过试验探究力对物体做功与物体速度改变关系。(2)体会探究过程和所用方法。2/32为了探究功与速度改变关系，需要测量功和初、末两个状态速度。在方案一中，功大小等于小车所受协力与小车位移乘积，当悬挂重物质量远小于小车质量及小车所受阻力已被平衡时，功大小约等于重物重力与小车位移乘积。在方案二中，不需要测量功详细数值，分别用1根、2根、3根…相同橡皮筋时，橡皮筋对小车做功大小分别是W、2W、3W…。这两种方案中，小车取得速度都可利用打点计时器测量，然后经过图象法找出功与速度改变关系。试验原理3/324/32方案一：重物(小盘中放砝码或砂桶中盛砂)、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、一端带有滑轮长木板、带小钩细线等。方案二：橡皮筋若干根(材质、长短、粗细均相同)、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、木板、铁钉等。

试验器材5/32方案一：(1)用天平测出重物质量m(m≪M车)，将数据统计在表中。(2)将打点计时器固定在长木板上没有滑轮一端，纸带一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后，恰能使小车在木板上做匀速运动为止。(3)在小车前系好细线并经过滑轮挂上重物。将小车置于靠近打点计时器处。接通打点计时器电源，释放小车。(4)改变重物质量，重做上述试验。试验步骤6/32(5)如图所表示，将纸带上第一个点记为计数点O，再在纸带后端选择连续5个打印点分别记为计数点1、2、3、4、5。分别测出计数点1、2、3、4、5至计数点O距离(即小车位移l)，并利用打上点纸带，测出打各计数点时小车速度v，将试验数据统计在表中。(6)将计算得到功W统计在表格中。(7)依据统计W、v数据，在坐标纸上作出适当图象。两次试验能够在同一坐标系中作出两条图线。(8)整理试验器材。

7/32方案二：(1)将打点计时器固定在长木板一端，纸带一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后，恰能使小车在长木板上匀速运动为止。(2)将橡皮筋一端固定在长木板前端铁钉上，另一端固定在小车前端钩子上。将小车置于靠近打点计时器处，记下小车位置。接通打点计时器电源，释放小车。8/32(3)用2根、3根、4根、5根相同橡皮筋分别代替1根橡皮筋重做试验，确保每次释放小车位置相同，即橡皮筋被拉长长度相同。(4)在上述试验中打出5条纸带上分别找出小车近似做匀速运动点，并分别求出匀速运动时速度v，将试验数据统计在表中。(5)依据统计W、v数据，在坐标纸上作出适当图象。(6)整理试验器材。9/321.平衡摩擦力：试验中小车不可防止地要受到摩擦力作用，摩擦力对小车做负功，我们研究是小车合外力功与物体速度关系，应设法排除摩擦力影响，可采取将木板一端垫高方法来实现。将木板一端垫高，使重力沿斜面方向分力与摩擦力平衡，就能消除摩擦力影响。判断已平衡掉摩擦力方法是轻推一下小车，观察到小车不受其它力时能在木板上匀速运动，即表明摩擦力已平衡。考点一试验原理和操作10/322.在方案二中，我们用2根、3根…相同橡皮筋进行第2次、第3次…试验时，每次试验时使小车从同一地点静止释放，使橡皮筋伸长长度都应保持一致。3.在方案二中，打点计时器打出纸带上相邻各点间距并不均匀，应选间距均匀那一段纸带来计算小车速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完成时情形。11/321.在用如图所表示装置做“探究功与速度改变关系”试验时，以下说法正确是________。A.为了平衡摩擦力，试验中能够将长木板左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器纸带自由下滑时能保持匀速运动B.为简便起见，每次试验中橡皮筋规格要相同，拉伸长度要一样C.能够经过改变橡皮筋条数来改变拉力做功数值

12/32D.能够经过改变小车质量来改变拉力做功数值E.试验中要先释放小车再接通打点计时器电源F.经过打点计时器打下纸带来测定小车加速过程中取得最大速度G.经过打点计时器打下纸带来测定小车加速过程中取得平均速度13/32解析左端垫高利用小车重力沿斜面向下分力与摩擦力平衡来满足橡皮筋做功是协力功。试验中要求橡皮筋规格相同，拉伸长度相同即每个橡皮筋做功相等，所以只要经过改变橡皮筋条数就能够改变做功数值，利用打点计时器时应该先接通电源再释放纸带。当橡皮筋松弛时，即加速结束时，小车做匀速运动，此时速度即为小车取得最大速度。答案ABCF14/322.某同学把附有滑轮长木板平放在试验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当钩码，使小车在钩码牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能改变关系。另外还准备了打点计时器及配套电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装试验装置如图所表示。15/32(1)若要完成该试验，必需试验器材还有__________________________________________。(2)试验开始时，他先调整木板上定滑轮高度，使牵引小车细绳与木板平行。他这么做目标是以下哪个________(填字母代号)。A.防止小车在运动过程中发生抖动B.可使打点计时器在纸带上打出点迹清楚C.能够确保小车最终能够实现匀速直线运动D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受协力16/32(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发觉小车运动过快，致使打出纸带上点数较少，难以选到适当点计算小车速度。在确保所挂钩码数目不变条件下，请你利用本试验器材提出一个处理方法：_______________________________________________________________________________________。(4)他将钩码重力做功看成细绳拉力做功，经屡次试验发觉拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是以下哪些原因造成________(填字母代号)。A.在接通电源同时释放了小车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分力平衡掉D.钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力17/32解析(1)依据试验原理可知，需要验证mgx＝Mv2，同时依据运动学规律可知，此试验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要器材有：刻度尺和天平；(2)分析小车受力可知，在平衡摩擦力基础上，使细绳与木板平行是为了让细绳拉力充当小车所受合外力，故选项D正确；(3)纸带上打出点较少，说明小车加速度过大(即小车过快)，故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量砝码)；(4)在此试验中，依据牛顿第二定律可知，钩码重力大于细绳拉力，而试验中用重力代替拉力会造成拉力做功大于小车动能增量；假如试验未平衡或未完全平衡摩擦力也会造成拉力做功大于动能增量，故选项C、D正确。18/32答案(1)刻度尺、天平(包含砝码)

(2)D

(3)可在小车上加适量砝码(或钩码)

(4)CD19/32方案一：(1)如图所表示，将纸带上第一个点记为计数点O，再在纸带后端选择连续5个打印点分别记为计数点1、2、3、4、5。分别测出计数点1、2、3、4、5至计数点O距离(即小车位移l)，并利用打上点纸带，测出打各计数点时小车速度v。考点二试验数据处理(2)功W大小约等于重物重力与小车位移乘积。(3)依据W、v数据，在坐标纸上作出适当图象。两次试验能够在同一坐标系中作出两条图线。

20/32方案二：(1)试验数据处理时，不直接计算W和v数值，而只是看第2次、第3次…试验中W和v是第1次多少倍，简化数据测量和处理。(2)以橡皮筋对小车做功W为纵坐标，小车取得速度为横坐标，以第一次试验时做功W为单位，作出图象。用W－v2图象处理试验数据，比W－v图象愈加直观、明了。21/32(1)平衡摩擦力不彻底或平衡过分也会造成误差。(2)橡皮筋长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做功与橡皮筋条数不成正比。(3)利用打上点纸带计算小车速度时，测量不准带来误差。22/321.“探究功与速度改变关系”试验装置如图甲所表示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做功记为W；当用2条、3条、4条……完全相同橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……试验时，橡皮筋对小车做功记为2W、3W、4W……每次试验中小车取得最大速度可由打点计时器所打出纸带测出。甲23/3224/32(2)如图乙所表示，给出了某次试验打出纸带，从中截取了测量小车最大速度所用一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间距离分别为AB＝1.48cm，BC＝1.60cm，CD＝1.62cm，DE＝1.62cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车取得最大速度vm＝________m/s。(结果保留两位有效数字)乙25/32答案(1)CD

(2)0.8126/322.如图所表示是某研究性学习小组同学做探究“橡皮筋做功和物体速度改变关系”试验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行情形。这时，橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条、…、n条完全相同橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…、第n次试验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次试验中取得速度能够由打点计时器所打纸带测出，图甲为某次试验中打出纸带。27/32(1)除了图中已给出试验器材和电源外，还需要器材有________________。(2)试验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取办法是____________________________________________________________________________。(3)每次试验得到纸带上点分布并不都是均匀，为了测量小车最终取得末速度，应选取纸带