試驗(yàn)7探究做功與物體速度改變關(guān)系(必考)1/32[考綱解讀]

(1)經(jīng)過試驗(yàn)探究力對(duì)物體做功與物體速度改變關(guān)系。(2)體會(huì)探究過程和所用方法。2/32為了探究功與速度改變關(guān)系，需要測(cè)量功和初、末兩個(gè)狀態(tài)速度。在方案一中，功大小等于小車所受協(xié)力與小車位移乘積，當(dāng)懸掛重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量及小車所受阻力已被平衡時(shí)，功大小約等于重物重力與小車位移乘積。在方案二中，不需要測(cè)量功詳細(xì)數(shù)值，分別用1根、2根、3根…相同橡皮筋時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功大小分別是W、2W、3W…。這兩種方案中，小車取得速度都可利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量，然后經(jīng)過圖象法找出功與速度改變關(guān)系。試驗(yàn)原理3/324/32方案一：重物(小盤中放砝碼或砂桶中盛砂)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、一端帶有滑輪長木板、帶小鉤細(xì)線等。方案二：橡皮筋若干根(材質(zhì)、長短、粗細(xì)均相同)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、紙帶、復(fù)寫紙、電源、導(dǎo)線、刻度尺、木板、鐵釘?shù)取?/p>

試驗(yàn)器材5/32方案一：(1)用天平測(cè)出重物質(zhì)量m(m?M車)，將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在表中。(2)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪一端，紙帶一端夾在小車后端，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。將長木板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車后，恰能使小車在木板上做勻速運(yùn)動(dòng)為止。(3)在小車前系好細(xì)線并經(jīng)過滑輪掛上重物。將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車。(4)改變重物質(zhì)量，重做上述試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟6/32(5)如圖所表示，將紙帶上第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O，再在紙帶后端選擇連續(xù)5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5。分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O距離(即小車位移l)，并利用打上點(diǎn)紙帶，測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車速度v，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在表中。(6)將計(jì)算得到功W統(tǒng)計(jì)在表格中。(7)依據(jù)統(tǒng)計(jì)W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出適當(dāng)圖象。兩次試驗(yàn)?zāi)軌蛟谕蛔鴺?biāo)系中作出兩條圖線。(8)整理試驗(yàn)器材。

7/32方案二：(1)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板一端，紙帶一端夾在小車后端，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。將長木板安裝有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端適當(dāng)墊高，調(diào)整高度，直至輕推小車后，恰能使小車在長木板上勻速運(yùn)動(dòng)為止。(2)將橡皮筋一端固定在長木板前端鐵釘上，另一端固定在小車前端鉤子上。將小車置于靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，記下小車位置。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放小車。8/32(3)用2根、3根、4根、5根相同橡皮筋分別代替1根橡皮筋重做試驗(yàn)，確保每次釋放小車位置相同，即橡皮筋被拉長長度相同。(4)在上述試驗(yàn)中打出5條紙帶上分別找出小車近似做勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，并分別求出勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)速度v，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在表中。(5)依據(jù)統(tǒng)計(jì)W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出適當(dāng)圖象。(6)整理試驗(yàn)器材。9/321.平衡摩擦力：試驗(yàn)中小車不可防止地要受到摩擦力作用，摩擦力對(duì)小車做負(fù)功，我們研究是小車合外力功與物體速度關(guān)系，應(yīng)設(shè)法排除摩擦力影響，可采取將木板一端墊高方法來實(shí)現(xiàn)。將木板一端墊高，使重力沿斜面方向分力與摩擦力平衡，就能消除摩擦力影響。判斷已平衡掉摩擦力方法是輕推一下小車，觀察到小車不受其它力時(shí)能在木板上勻速運(yùn)動(dòng)，即表明摩擦力已平衡。考點(diǎn)一試驗(yàn)原理和操作10/322.在方案二中，我們用2根、3根…相同橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次…試驗(yàn)時(shí)，每次試驗(yàn)時(shí)使小車從同一地點(diǎn)靜止釋放，使橡皮筋伸長長度都應(yīng)保持一致。3.在方案二中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶上相鄰各點(diǎn)間距并不均勻，應(yīng)選間距均勻那一段紙帶來計(jì)算小車速度，因?yàn)檫@一段是橡皮筋對(duì)小車做功完成時(shí)情形。11/321.在用如圖所表示裝置做“探究功與速度改變關(guān)系”試驗(yàn)時(shí)，以下說法正確是________。A.為了平衡摩擦力，試驗(yàn)中能夠?qū)㈤L木板左端適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng)B.為簡便起見，每次試驗(yàn)中橡皮筋規(guī)格要相同，拉伸長度要一樣C.能夠經(jīng)過改變橡皮筋條數(shù)來改變拉力做功數(shù)值

12/32D.能夠經(jīng)過改變小車質(zhì)量來改變拉力做功數(shù)值E.試驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源F.經(jīng)過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下紙帶來測(cè)定小車加速過程中取得最大速度G.經(jīng)過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下紙帶來測(cè)定小車加速過程中取得平均速度13/32解析左端墊高利用小車重力沿斜面向下分力與摩擦力平衡來滿足橡皮筋做功是協(xié)力功。試驗(yàn)中要求橡皮筋規(guī)格相同，拉伸長度相同即每個(gè)橡皮筋做功相等，所以只要經(jīng)過改變橡皮筋條數(shù)就能夠改變做功數(shù)值，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)該先接通電源再釋放紙帶。當(dāng)橡皮筋松弛時(shí)，即加速結(jié)束時(shí)，小車做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)速度即為小車取得最大速度。答案ABCF14/322.某同學(xué)把附有滑輪長木板平放在試驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)鉤碼，使小車在鉤碼牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車動(dòng)能改變關(guān)系。另外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等。組裝試驗(yàn)裝置如圖所表示。15/32(1)若要完成該試驗(yàn)，必需試驗(yàn)器材還有__________________________________________。(2)試驗(yàn)開始時(shí)，他先調(diào)整木板上定滑輪高度，使?fàn)恳≤嚰?xì)繩與木板平行。他這么做目標(biāo)是以下哪個(gè)________(填字母代號(hào))。A.防止小車在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生抖動(dòng)B.可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出點(diǎn)跡清楚C.能夠確保小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng)D.可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受協(xié)力16/32(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)覺小車運(yùn)動(dòng)過快，致使打出紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到適當(dāng)點(diǎn)計(jì)算小車速度。在確保所掛鉤碼數(shù)目不變條件下，請(qǐng)你利用本試驗(yàn)器材提出一個(gè)處理方法：_______________________________________________________________________________________。(4)他將鉤碼重力做功看成細(xì)繩拉力做功，經(jīng)屢次試驗(yàn)發(fā)覺拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些。這一情況可能是以下哪些原因造成________(填字母代號(hào))。A.在接通電源同時(shí)釋放了小車B.小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近C.阻力未完全被小車重力沿木板方向分力平衡掉D.鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力17/32解析(1)依據(jù)試驗(yàn)原理可知，需要驗(yàn)證mgx＝Mv2，同時(shí)依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，此試驗(yàn)中需要測(cè)量鉤碼質(zhì)量、小車質(zhì)量和位移，故還需要器材有：刻度尺和天平；(2)分析小車受力可知，在平衡摩擦力基礎(chǔ)上，使細(xì)繩與木板平行是為了讓細(xì)繩拉力充當(dāng)小車所受合外力，故選項(xiàng)D正確；(3)紙帶上打出點(diǎn)較少，說明小車加速度過大(即小車過快)，故可知減小鉤碼質(zhì)量或增加小車質(zhì)量(在小車上加上適量砝碼)；(4)在此試驗(yàn)中，依據(jù)牛頓第二定律可知，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力，而試驗(yàn)中用重力代替拉力會(huì)造成拉力做功大于小車動(dòng)能增量；假如試驗(yàn)未平衡或未完全平衡摩擦力也會(huì)造成拉力做功大于動(dòng)能增量，故選項(xiàng)C、D正確。18/32答案(1)刻度尺、天平(包含砝碼)

(2)D

(3)可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)

(4)CD19/32方案一：(1)如圖所表示，將紙帶上第一個(gè)點(diǎn)記為計(jì)數(shù)點(diǎn)O，再在紙帶后端選擇連續(xù)5個(gè)打印點(diǎn)分別記為計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5。分別測(cè)出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4、5至計(jì)數(shù)點(diǎn)O距離(即小車位移l)，并利用打上點(diǎn)紙帶，測(cè)出打各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車速度v。考點(diǎn)二試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理(2)功W大小約等于重物重力與小車位移乘積。(3)依據(jù)W、v數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上作出適當(dāng)圖象。兩次試驗(yàn)?zāi)軌蛟谕蛔鴺?biāo)系中作出兩條圖線。

20/32方案二：(1)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，不直接計(jì)算W和v數(shù)值，而只是看第2次、第3次…試驗(yàn)中W和v是第1次多少倍，簡化數(shù)據(jù)測(cè)量和處理。(2)以橡皮筋對(duì)小車做功W為縱坐標(biāo)，小車取得速度為橫坐標(biāo)，以第一次試驗(yàn)時(shí)做功W為單位，作出圖象。用W－v2圖象處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，比W－v圖象愈加直觀、明了。21/32(1)平衡摩擦力不徹底或平衡過分也會(huì)造成誤差。(2)橡皮筋長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋拉力做功與橡皮筋條數(shù)不成正比。(3)利用打上點(diǎn)紙帶計(jì)算小車速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)帶來誤差。22/321.“探究功與速度改變關(guān)系”試驗(yàn)裝置如圖甲所表示，當(dāng)小車在一條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功記為W；當(dāng)用2條、3條、4條……完全相同橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次……試驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功記為2W、3W、4W……每次試驗(yàn)中小車取得最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出紙帶測(cè)出。甲23/3224/32(2)如圖乙所表示，給出了某次試驗(yàn)打出紙帶，從中截取了測(cè)量小車最大速度所用一段紙帶，測(cè)得A、B、C、D、E相鄰兩點(diǎn)間距離分別為AB＝1.48cm，BC＝1.60cm，CD＝1.62cm，DE＝1.62cm；已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則小車取得最大速度vm＝________m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)乙25/32答案(1)CD

(2)0.8126/322.如圖所表示是某研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)做探究“橡皮筋做功和物體速度改變關(guān)系”試驗(yàn)，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行情形。這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功記為W。當(dāng)用2條、3條、…、n條完全相同橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、…、第n次試驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放。小車每次試驗(yàn)中取得速度能夠由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打紙帶測(cè)出，圖甲為某次試驗(yàn)中打出紙帶。27/32(1)除了圖中已給出試驗(yàn)器材和電源外，還需要器材有________________。(2)試驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取辦法是____________________________________________________________________________。(3)每次試驗(yàn)得到紙帶上點(diǎn)分布并不都是均勻，為了測(cè)量小車最終取得末速度，應(yīng)選取紙帶