第5讲 实验五:探究功与速度变化的关系时间:30分钟 分值:30分非选择题(每题6分,共30分)1.(2022浙江建人高复月考,14)某学习小组利用自行车的运动“探究阻力做功与速度变化的关系”。人骑自行车在平直的路面上运动,当人停止蹬车后,由于受到阻力作用,自行车的速度会逐渐减小至零,如图所示。在此过程中,阻力做功使自行车的速度发生变化。设自行车无动力后受到的阻力恒定。(1)在实验中使自行车在平直的公路上获得某一速度后停止蹬车,需要测出人停止蹬车后自行车向前运动的距离s,为了计算自行车的初速度v,还需要测量 (填写物理量的名称及符号)。 (2)设自行车受到的阻力恒为f,计算出阻力做的功W及自行车的初速度v。改变人停止蹬车时自行车的速度,重复实验,可以得到多组测量值。以阻力对自行车做功的大小为纵坐标,自行车初速度为横坐标,作出W-v图线。分析这条图线,就可以得到阻力做的功与自行车速度变化的定性关系。在实验中作出W-v图像如图所示,其中符合实际情况的是 。 2.(2022浙江杭州二模,21)某同学用图甲所示装置探究合力做功和物体速度变化的关系。一个圆柱形铝管固定在水平桌面上,管口与桌边齐平,管的两侧开有小缝,可以让水平方向的皮筋穿过,俯视如图乙所示。在桌边关于圆管对称的A、B两点固定两个钉子,缠绕在钉子上的皮筋在AB之间伸直且为原长,伸长后可以把小钢球弹出。小钢球与管之间的摩擦可忽略,它被弹出后落在水平地面上,测出落地点与桌边的水平距离x,然后分别用2条、3条、4条、5条相同的皮筋从同一位置由静止弹射小钢球,重复以上测量。(1)除了图示的器材以外,实验中还需要的实验器材有 。(填器材前方字母) A.游标卡尺B.秒表C.重垂线D.刻度尺(2)将皮筋做的功与测得的小钢球水平位移的数据列表如下:皮筋做的功WW02W03W04W05W0小球的水平位移x/m1.011.431.752.022.24 根据以上数据,以W为纵轴,以 为横轴(填写物理量符号),可在坐标系中得到一条过原点的直线,这说明皮筋所做的功W与小钢球弹出时的水平速度v之间满足的关系为 。 3.(2022浙江金丽衢十二校一联,13)用如图所示的装置可做以下几个相关的实验:探究小车速度随时间变化的规律,探究加速度与力、质量的关系,探究恒力做功与动能改变的关系。4\n(1)其操作过程中下列说法正确的是 。 A.探究小车速度随时间变化的规律,可以不用调节木板倾斜度平衡小车受到的滑动摩擦力B.探究加速度与力、质量的关系,需要使牵引小车的细线与长木板保持平行C.探究恒力做功与动能改变的关系,平衡摩擦力时必须将托盘和砝码通过细线挂在小车上D.探究加速度与力、质量的关系,增减托盘中砝码时,需要重新调节木板倾斜度(2)做“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验,得到如图所示的纸带。纸带上O点为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为0.2N,小车的质量为0.2kg。计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。O—BO—CO—DO—EO—FW/J0.04320.05720.07340.0915 ΔEk/J0.04300.05700.07340.0907 4.(2022浙江湖州中学期中,18)某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究功与速度变化的关系”实验,在实验中,该小组把砂和砂桶的总重力当做小车受到的合外力。(1)为了保证实验结果的误差尽量小,在实验操作中,下面做法必要的是 。 A.实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作B.实验操作时要先放小车,后接通电源C.在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近越好D.在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量(2)除实验装置中的仪器外,还需要的测量仪器有 。 4\n(3)如图所示为实验中打出的一条纸带,现选取纸带中的A、B两点来探究功与速度变化的关系。已知打点计时器的打点周期为T,重力加速度为g。图中已经标明了要测量的物理量,另外,小车的质量为M,砂和砂桶的总质量为m。请你把探究的结果用题中给出的字母表示出来 。 5.(2022浙江效实中学期中,19)如图甲所示,是某同学验证动能定理的实验装置。其步骤如下:a.易拉罐内盛上适量细沙,用轻绳通过滑轮连接在小车上,小车连接纸带。合理调整木板倾角,让小车沿木板匀速下滑。b.取下轻绳和易拉罐,测出易拉罐和细沙的总质量m及小车质量M。c.取下轻绳和易拉罐后,换一条纸带,让小车由静止释放,打出的纸带如图乙(中间部分未画出),O为打下的第一个点。已知打点计时器的打点频率为f,重力加速度为g。(1)步骤c中小车所受的合外力大小为 。 (2)为验证从O→C过程中小车合外力做功与小车动能变化的关系,测出B、D间的距离为x0,O、C间距离为x1,则C点的速度为 。需要验证的关系式为 (用所测物理量的符号表示)。 非选择题1.答案 (1)人停止蹬车后自行车向前运动的时间t (2)C解析 (1)因停止蹬车后自行车沿路面方向只受摩擦阻力,做匀减速直线运动,由x=t可知,自行车的初速度v=,故还需要测量出人停止蹬车后自行车向前运动的时间t。(2)根据动能定理有-W=0-mv2,得知W∝v2,故只有选项C正确。2.答案 (1)CD (2)x2 W与v2成正比解析 (1)本实验需要测量小球平抛的水平位移,故需要用到刻度尺和重垂线,C、D正确;(2)因为小球飞出后做平抛运动,根据平抛运动的特点得小球飞出的初速度v=,对小球根据动能定理得W=mv2=m,W-x2图像为过原点的倾斜直线,说明W与v2成正比。3.答案 (1)AB (3)0.1115 0.1105解析 (1)探究小车速度随时间变化的规律,速度和时间均从纸带上获得,与运动状态无关,选项A正确;探究加速度与力、质量的关系或探究恒力做功与动能改变的关系实验中,都需平衡摩擦力,让小车带着纸带匀速运动(此时不挂托盘),之后实验中无需重新调节,实验中需使牵引小车的细线与长木板保持平行,选项B正确,C、D错误。(2)合外力做功W=Fs=0.2×55.75×10-2J=0.1115J,动能变化ΔEk=m=×0.2×J=0.1105J。4\n4.答案 (1)AD (2)刻度尺、天平 (3)mgx=解析 (1)小车下滑时受到重力、拉力、支持力和摩擦力,要使拉力等于合力,则应该改变木板的倾角,用重力的下滑分力来平衡摩擦力;重物加速下滑,处于失重状态,其对细线的拉力小于重力,只有当砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量时,才有T≈mg,A、D正确。(2)测纸带上两点间的距离需要刻度尺,测砂和砂桶的总质量需要天平。(3)此过程恒力做的功W=mgx动能的改变量ΔEk=m-m=所以探究的结果是:mgx=5.答案 (1)mg (2) mgx1=解析 (1)小车沿木板匀速下滑时,小车受力平衡,当去掉轻绳和易拉罐后,小车所受的合力大小等于易拉罐和细沙的总重力mg;(2)在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度,所以C点对应的瞬时速度vC==;根据实验原理需验证合外力做的功等于小车增加的动能,即验证mgx1=M=。4
