1、课后提升训练 十七实验:探究功与速度变化的关系(30分钟50分)1.(8分)(多选)(2018长沙高一检测)探究力对原来静止的小车做的功与小车获得速度的关系的实验装置如图所示。下列说法正确的是()A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值WB.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值WC.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度vD.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度v【解析】选A、C。实验时使用相同的橡皮筋,每次使橡皮筋的伸长量相等,则橡皮筋恢复原长时对小车做功相同,以每根橡皮筋做的功W为功的单位,通过改变橡皮筋的条数可以改变拉力对小车做功的多少,故A
2、正确,B错误;橡皮筋恢复原长前,橡皮筋的拉力对小车做功,小车做加速运动,橡皮筋恢复原长时做功完毕,小车速度达到最大值,实验需要测出橡皮筋对小车做功完毕时小车的速度,即需要测出橡皮筋恢复原长时的速度,亦即需要通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度,故C正确,D错误。2.(20分)(2018鄂尔多斯高一检测)某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度变化的关系,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行。打点计时器的工作频率为50Hz。(1)实验中木板略微倾斜,这样做_;A.是为了使释放小车后,小车能匀加速下滑B.是为了增大小车下滑的加速度C.可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D
3、.可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条合并起来挂在小车的前端进行多次实验,每次都要把小车拉到同一位置再释放。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1;第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W1橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。根据第四次实验中打出的纸带(如图所示),可求得小车最终获得的速度为_m/s。(保留三位有效数字)(3)若根据多次测量数据画出的W-v图象如图所示,根据图线形状,可知对W与v的关系符合实际的是图_。【解析】(1)小车下滑时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则应该用重
4、力的下滑分量来平衡摩擦力,使得橡皮筋做的功等于合外力对小车做的功;纸带在橡皮筋的作用下做加速运动,橡皮筋做功完毕,则速度达到最大,此后做匀速运动,故选C、D。(2)在加速过程中,橡皮筋在做正功,故需要测量最大速度,即匀速运动的速度,因而需要选用间隔均匀的点,即后面距离为4.00cm的点,打点计时器每隔0.02s打一次点,故最大速度为:v=2.00m/s。(3)由动能定理得:W=mv2,W与v是二次函数关系,由图示图象可知,C正确。答案:(1)C、D(2)2.00(3)C【补偿训练】某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中,设计了如图甲所示的实验。将纸带固定在重物上,让纸带穿过打点计时器。先用手
5、提着纸带,使重物静止在靠近计时器的地方。然后接通电源,松开纸带,让重物自由下落,计时器就在纸带上打下一系列小点。得到的纸带如图乙所示,O点为计时器打下的第1个点,该同学对数据进行了下列处理:取OA=AB=BC,并根据纸带算出了A、B、C三点的速度分别为vA=0.12m/s,vB=0.17m/s,vC=0.21m/s。根据以上数据你能否大致判断Wv2?【解析】设由O到A的过程中,重力对重物所做的功为W,那么由O到B过程中,重力对重物所做的功为2W,由O到C的过程中,重力对重物所做的功为3W。由计算可知,=1.4410-2m2/s2,=2.8910-2m2/s2,=4.4110-2m2/s2,则2
6、,3,即2,3。由以上数据可大致判定Wv2是正确的(也可以根据Wv2图象来判断)。答案:见解析3.(22分)某实验小组的同学采用如图甲所示的装置(实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面)用打点计时器得到一条纸带后,通过分析小车位移与速度变化的关系来研究合力对小车所做的功与速度变化的关系,如图乙是实验中得到的一条纸带,点O为纸带上的起始点,A、B、C是纸带上的三个连续的计数点,相邻两个计数点间均有4个点未画出,用刻度尺测得A、B、C到O的距离如图乙所示。已知所用交流电源的频率为50Hz,则:(1)打B点时,小车的瞬时速度vB=_m/s。(结果保留两位有效数字)(2)实验中,该小组的同学画出
7、小车位移l与速度v的关系图象如图丙所示。根据该图线形状,某同学对W与v的关系作出的猜想,肯定不正确的是_。(填写选项字母代号)A.Wv2B.WvC.WD.Wv3(3)本实验中,若钩码下落高度为h1时合力对小车所做的功为W0,则当钩码下落h2时,合力对小车所做的功为_。(用h1、h2、W0表示)【解析】(1)vB=m/s=0.80m/s。(2)由题图丙知,位移与速度的关系图象很像抛物线,所以可能lv2或lv3,又因为W=Fl,F恒定不变,故Wv2或Wv3,A、D正确,B、C错误。(3)设合力为F,由W0=Fh1,得F=,所以当钩码下落h2时W=Fh2=W0。答案:(1)0.80(2)B、C(3)
8、W0【补偿训练】1.质量为1kg的重锤自由下落,通过打点计时器在纸带上记录运动过程。打点计时器所接电源为6V、50 Hz的交流电源,如图甲所示,纸带上的O点为重锤自由下落时纸带打点起点,选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出),各计数点与O点距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2,单位为mm,重力加速度取9.8 m/s2。则:(1)求出B、C、D、E、F各点速度并填入下表。计数点BCDEF速度/(ms-1)(2)求出物体下落时从O点到图中各点过程中重力所做的功。计数点BCDEF重力做功/J(3)选择适当坐标轴,在图乙中
9、作出图象并找出重力做的功与速度的相关量之间的关系。图中纵坐标表示_,横坐标表示_,由图可得重力所做的功与_成_关系。【解析】(1)各点速度由v=求出,vB=m/s1.18 m/s,同理vC1.57m/s,vD=1.96m/s,vE2.35m/s,vF2.74m/s。(2)重力做的功由W=mgx求出,WB=mgxOB=19.870.610-3J0.69 J,同理WC1.23J,WD1.92J,WE2.76J,WF3.76J。(3)以WG为纵坐标,v2为横坐标建立坐标系,描点连线如图所示。由图象可得重力所做的功与速度的平方成正比。答案:(1)1.181.571.962.352.74(2)0.691
10、.231.922.763.76(3)图象见解析重力做的功WG速度的平方v2速度的平方正比2.某实验小组采用如图甲所示的装置探究“功与速度变化的关系”,图中小车中可放置砝码。实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点计时器工作频率为50Hz。(1)实验的部分步骤如下:在小车中放入砝码,将纸带穿过打点计时器连在小车后端,用细线连接小车和钩码;将小车停在打点计时器附近,_,_,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列点,_;改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复的操作。(2)图乙是钩码质量为0.03kg、砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五
11、个计数点,可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表中的相应位置。测量点x/cmv/(ms-1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD7.150.54E9.410.60【解析】在探究功与速度变化关系的实验中,我们首先要验证功W与速度v变化的关系,但不是正比关系,而v2的变化即(v2-)与功是成正比的。(1)将小车停在打点计时器附近后,需先接通电源,再释放小车,让其拖动纸带,待打点计时器在纸带上打下一系列点后,关闭打点计时器的电源。(2)在验证C点时,从纸带上可知xC=6.10cm-1.00 cm=5.10 cm,C点的速度就是BD的平均速度,vC=10-2m/s0.49 m/s。答案:见解析
