1、高考资源网（） 您身边的高考专家第6节实验：探究功与速度变化的关系一、实验目的1通过实验探究功与速度变化的关系2体会探究的过程和所用的方法二、实验方案方案一1实验原理由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大得多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力如下图所示改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系2实验步骤(1)按如图所示安装好实验仪器(2)平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计时器连在小车后端，不挂重物，闭合电源，轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为止(3)在小车中放入砝码，
2、把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码(4)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时器电源(5)改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作3数据处理(1)选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0，1，2，3(2)测出0到点1、点2、点3的距离，即为对应的小车的位移x1、x2、x3，利用公式vn求出点1、点2、点3对应的瞬时速度v1、v2、v3(3)确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用WnGxn，分别求出小车的位移为x1、x2、x3时牵引力所做的功W1、W2、W3(4)先对测量数据进行估算，或作Wv草图，大致判断两个量可
3、能的关系，如果认为是Wv2或其他，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论4注意事项(1)平衡摩擦力时，不挂重物，轻推小车后，小车能做匀速直线运动(2)计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可方案二1实验原理使小车在橡皮筋的作用下弹出，如下图所示改变橡皮筋的条数，橡皮筋对小车做的功分别是一条橡皮筋做功时的相应倍数，测出小车被弹出后的速度，能够找到橡皮筋对小车做的功与小车速度的关系2实验步骤(1)按如图所示安装仪器(2)平衡摩擦力(3)第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将测
4、得的数据记入表格(4)换用2条、3条、4条同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出v2、v3、v4，橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W，将数据记入表格3数据处理(1)速度数值的获得：实验获得的是如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度所以，应该在纸带上测量的物理量是图中间隔均匀的点A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v，其中T是打点计时器的打点周期(2)计算小车做的功分别为W、2W、3W时对应的v、v2、v3、的数值，填入表格 Wvn W2W3W4W5Wvv2v3(3)逐一与W的一组数值对
5、照，判断W与v、v2、v3、的可能关系或尝试着分别画出W与v、W与v2、W 与v3、W与间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系4注意事项(1)实验时选择粗细、形状、长度、材料完全相同的橡皮筋(2)每次实验时都让小车从同一位置由静止释放，即保证每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致(3)实验中不必测出功和速度的具体数值，只要测出以后各次实验时做的功是第一次实验时的多少倍即可(4)平衡摩擦力时，不要拴橡皮筋，但应连着纸带且接通电源(5)打出的纸带上的点间距并不都是均匀的，应选取点间距均匀部分来求小车的速度对实验操作的考查用如图所示的装置，探究功与物体速度变化的关系实验时，先
6、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Wv2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(
7、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(1)为了消除摩擦力的影响，可将木板上有打点计时器的一端垫高，以小车不受其他力时能在木板上匀速运动为准(2)在用纸带计算小车获得的速度时，应该是橡皮筋恢复形变以后小车的速度，所以在纸带上应选用那些间距较大且相对均匀的点来确定小车的速度(3)本实验巧妙地回避了橡皮筋弹力做功的计算实验数据的处理“探究弹力做功与速度变化的关系”的实验装置如图所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0当用4条、
8、6条、8条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度均可由打点计时器所打的纸带测出(1)关于该实验，下列说法正确的是_A打点计时器可以用直流电源供电，电压为46 VB实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等C每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋对小车做的功W，依次作出Wvm、Wv、Wv、W2vm、W3vm的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系(2)下图所示为某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得O点到A、B、C、
9、D、E各点的距离分别为OA565 cm，OB712 cm，OC878 cm，OD1040 cm，OE1191 cm已知相邻两点时间间隔为002 s，则小车获得的最大速度vm_m/s(3)某同学在探究功与物体速度变化的关系时得到了W与v的一组数据，请你对这些数据进行处理，并确定W与v之间的关系W/J0W02W03W04W05W06W0v/(ms1)000080110128153176189v2/(m2s2)000064121164234310357思路点拨 理解实验原理，掌握仪器的使用，用图象法进行数据处理解析(1)打点计时器只能用电压为46 V的交流电源供电，选项A错误；实验中使用的若干条橡皮
10、筋的原长必须相等，否则实验误差太大，甚至出现错误，选项B错误；每次实验都应使小车从同一位置由静止弹出，才能保证橡皮筋的形变量相同，选项C正确；利用图象可以减小实验误差，能更直观地反映出合力做功与物体速度变化的关系，选项D正确(2)由题图及所给数据可知小车一定在BC间获得最大速度，所以vm0.83 m/s.(3)图象法：以W为纵坐标，v为横坐标，作出Wv曲线，如图甲所示以W为纵坐标，v2为横坐标，作出Wv2曲线，如图乙所示由图象可看出Wv2.答案(1)CD(2)0.83(3)Wv2利用图象法处理实验数据的规则(1)作图时坐标值的大小要根据有效数字的位数和结果来定；(2)要标明轴名、单位，在轴上每
11、隔一定的间距按有效数字的位数标明数值；(3)图线不一定通过所有的数据点，应尽量使数据点合理地分布在图线两侧；(4)作图时常通过选取适当的坐标轴使图象为直线，即“变曲为直”实验改进与创新(2019湖州第二中学测试)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，让纸带穿过电火花计时器先用手提着纸带，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OAABBC，并根据纸带算出了A、B、C三点的速度分别为vA012 m/s，vB017
12、m/s，vC021 m/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的过程中，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，v1.44102 m2/s2v2.89102 m2/s2v4.41102 m2/s22，3即v2v，v3v由以上数据可以判断Wv2是正确的也可以根据Wv2的图线来判断(如图所示)答案见解析实验中减小误差的方法因为该实验中只考虑重力所做的功，所以在实验中应适当增大重物的质量，使物重远大于空气阻力，这样可减小空气阻力带来的影响，从而减小实验误差1(2019宁波效实中学测试)探究力对原来静止
13、的物体做的功与物体获得的速度的关系的实验装置如图所示实验中平衡摩擦力的正确方法是( )A使拖着纸带的小车由静止释放，小车不下滑即可B使拖着纸带的小车由静止释放，小车能下滑即可C轻推一下拖着纸带的小车，打点计时器在纸带上打下的点分布均匀即可D不用拖着纸带，轻推一下小车，小车能匀速下滑即可解析：选C.由于要平衡摩擦力及小车运动中纸带受到的阻力，保证只有橡皮筋做功改变小车的速度，所以要拖上纸带，轻推一下小车，看小车是否匀速运动，这可由纸带上的点是否均匀分布来判断选项C正确2.某实验小组采用如图所示装置探究橡皮筋弹力做功与速度的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行实验中木板略微倾斜，这样做()
14、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外力对小车做的功D可使得橡皮筋松弛后小车做变速运动解析：选C.木板略微倾斜是为了平衡摩擦力，这样就可以使橡皮筋的弹力等于合外力，因此使橡皮筋对小车做的功等于合外力做的功，同时，便于测量橡皮筋恢复原长后小车匀速运动的速度，所以一定要平衡掉小车运动过程中的摩擦力3在“探究功与物体速度变化关系”的实验中作出Wv图象如图所示，哪一个是符合实际的( )解析：选C.实验证明，力做的功W与物体速度v的二次方成正比，故作出的Wv图象应为一条开口向上的抛物线，C正确4(2019台州质检)探究力对原来静止的物体做的功与物体
15、获得的速度的关系，实验装置如图所示以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是( )A本实验设计让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3WB小车运动中会受到阻力，补偿的方法是使木板适当倾斜C某同学在一次实验中，得到一条记录纸带，纸带上打出的点，两端密、中间疏，出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计
16、算解析：选D.实验中选用规格相同的橡皮筋，所以分别使用1、2、3条橡皮筋进行实验，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致时，对小车所做的功分别是W、2W、3W，选项A正确；小车运动中会受到阻力，本实验采用适当倾斜木板的方法以平衡摩擦力，选项B正确；纸带上打出的点，两端密、中间疏，说明小车先做加速运动，后做减速运动，即小车所受合力先沿斜面向下，后沿斜面向上，根据橡皮筋产生的弹力变化特点可知，小车一定受到摩擦阻力作用，故选项C正确；外力做功结束后小车速度达到最大，表现为纸带上点间距离最大且分布相对均匀，因此，选择“点”计算速度时，应用纸带上最后一段点间距离进行计算，选项D错误5在“探究恒力做功与
17、动能改变的关系”实验中(装置如图甲)：(1)下列说法哪一项是正确的_(填选项前字母)A平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为_m/s(保留三位有效数字)解析：(1)平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力与摩擦力平衡，故不能挂钩码平衡摩擦力，选项A错误；本实验中，近似认为小车所受拉力等于钩码的重力，因此应使钩码的质量远小于小车的质量，选项B错误；实验时，为充分利用纸带，应使小
18、车靠近打点计时器由静止释放，选项C正确(2)vB m/s0653 m/s答案：(1)C(2)0.6536某同学做探究动能定理的实验，如图所示，图中小车在一条橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功为W当用2条、3条实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致每次实验中小车获得的速度都由打点计时器所打的纸带测出(1)除了图中已有的器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_电源(填以下提供电源前面的字母，根据图填写，A46 V的交流电源，B220 V的交流电源，C46 V的直流电源)(2)实验中小车会受到阻力，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，需要在_(选填“左”或“右”)侧垫高木板(3
19、)若粗糙的木板水平，小车在橡皮筋的作用下，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可能是_A橡皮筋处于原长状态B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉连线处D小车已过两个铁钉连线处解析：(1)除了图中已有的器材外，还需要导线、开关、刻度尺和46 V的交流电源，故选A.(2)小车在水平木板上运动时，由于受到摩擦阻力导致小车速度在变化，所以适当倾斜以平衡摩擦力根据题图可知需要在左侧垫高木板 (3)放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，B正确答案：(1)A(2)左(3)B7某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一
20、端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等组装的实验装置如图所示 (1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号)A避免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的点迹清晰C可以保证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的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较
21、少，难以选到合适的点计算小车速度在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_(4)他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号)A在接通电源的同时释放了小车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的分力平衡掉D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力解析：(1)本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度(2)牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确(3
22、)在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量砝码(或钩码)(4)当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确答案：(1)刻度尺、天平(包括砝码)(2)D(3)可在小车上加适量砝码(或钩码)(4)CD8(20191月浙江学考)用如图甲所示装置做“探究做功与物体速度变化的关系”实验(1)除了图甲中已给出的实验器材外，还需要的测量器材是_(填字母)；A秒表B天平C刻
23、度尺 D弹簧测力计(2)实验前，要求通过调整长木板的倾角来平衡小车受到的阻力可认为阻力已被平衡的方法是_(填字母)；A轻推小车后，小车运动越来越快B静止释放小车后，小车仍保持静止C静止释放小车后，小车运动越来越快D轻推小车后，拖着纸带的小车能缓慢持续下滑(3)有同学根据实验数据得到的图象如图乙所示，为了能更加直观地确定W与v之间的关系，应作出_图象(填“W”“Wv2”或“W”)答案：(1)C(2)D(3)Wv29如图所示，汽车已成为人们外出的重要交通工具之一，评价汽车性能的主要指标有动力性、经济性、稳定性、制动性等，其中制动性主要是指在良好的路面上，汽车迅速降低车速直到停车的距离，表中记录的是
24、汽车以不同速率行驶时，制动后所经过的距离汽车速率v/(kmh1)制动距离s/m101204401650256036请根据表中的数据，用图象分析推断克服阻力做功与汽车速率变化之间的关系解析：制动过程中阻力不变，设每制动1 m，克服阻力做的功为W1，则制动4 m、16 m、25 m、36 m，克服阻力做的功分别为4W1、16W1、25W1、36W1，作出Wv图象如图所示可见W与v不是正比关系，猜想W与v2成正比，作出Wv2图象如图所示可见W与v2成正比答案：见解析10质量为1 kg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6 V、50 Hz的交流电源，所打纸带如图所示
25、，纸带上O点为重锤自由下落时的起始打点，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点的距离如图所示重力加速度为980 m/s2(1)求出B、C、D、E、F各点对应的速度并填入下表计数点BCDEF速度(m/s)(2)求出重锤下落时从O点运动到下列各点的过程中重力所做的功计数点BCDEF功(J)(3)适当选择坐标轴表示所要求的物理量，在图中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图象图中纵坐标表示_，横坐标表示_，由图可知重力所做的功与_成_解析：(1)各点的速度由公式vv求出，则vB m/s118 m/s同理可求出：vC157 m/s，vD196 m/s，vE235 m/s，vF274 m/s(2)重力做的功由Wmgx求出，则WBmgxOB1980706103 J069 J同理可求出：WC123 J，WD192 J，WE276 J，WF376 J(3)用纵坐标表示重力做的功WG，横坐标表示速度的平方v2，根据相关数据进行描点、画线，作出WGv2图象，如图所示(图中点略)，由图线可以看出，重力做的功WG与速度的平方v2成正比答案：(1)1.181.571.962.352.74(2)0.691.231.922.763.76(3)重力做的功WG速度的平方v2速度的平方v2正比 高考资源网版权所有，侵权必究！
