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1、为隆重中国共产党成立97周年，充分发挥基层党组织战斗堡垒和共产党员的先锋模范作用，在二轻系统营造奋勇争先、创造新业绩的浓厚氛围专题26 实验：探究功与速度变化的关系一、实验目的探究功与速度变化的关系或验证动能定理（功与速度的平方成正比关系）。二、实验器材1变力做功：橡皮筋、小车、木板、打点计时器和纸带、铁钉等。2恒力做功：钩码、小车、带滑轮的木板、打点计时器和纸带（或光电门）、细绳等。三、主要误差1橡皮筋不能严格相同，使橡皮筋拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比。2钩码的重力作为小车受到的合外力时，钩码质量没有远小于小车质量造成的系统误差。3平衡摩擦力不足或过度。四、注意事项1平衡摩擦力时，小车应
2、拉着纸带，使小车重力沿斜面向下的分力与木板对小车的摩擦力、打点计时器对纸带的阻力平衡。平衡时，打点计时器打出的纸带上点迹间距相等，即小车做匀速直线运动。2变力做功时，测小车速度应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分。3恒力做功时，用光电门测速度，应考虑挡光部分的大小造成的误差。4小车质量应大一些，使力不变时，加速度较小，纸带上打下的点多一些。在“探究做功与物体速度变化的关系”实验中，某同学安装了如图所示的实验器材：（1）要完成实验目的，除了图示器材，在下列实验器材中还需要的有_A毫米刻度尺 B46 V直流电源C46 V交流电源 D沙桶或钩码（2）下列纸带（左边为先打下的点）中符
3、合实验要求的是_，平衡摩擦力过度的是_。【参考答案】（1）AC （2）B D【详细解析】（1）要测量纸带上点间的距离，需要毫米刻度尺，电磁打点计时器，需要46 V交流电源，故选AC。（2）符合要求的纸带上后面的点迹均匀，选B；平衡摩擦力过度，则橡皮筋回复原状后小车仍有加速度，相邻点间的距离越来越大，选D。【名师点睛】用变力做功探究动能定理，变力的功可以倍数表示。常使用纸带记录数据，根据受力分析结合对纸带的运动分析，可得到实验中是否出现了较大误差或错误。1如图所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条橡皮筋重
4、复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W。（1）实验室提供的器材有：长木板、小车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、220 V交流电源（50 Hz），则还缺少的实验器材是_。（2）图中小车上有一固定小立柱，下图给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，最合理的套接方式是_。（3）在操作正确的情况下，某次所打的纸带如图所示。打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量，小车获得的速度是_m/s。（计算结果保留两位有效数字）【答案】（1）刻度尺 （2）A （3）GJ 0.65 某同学采用如图所示的装置进行了有关“动能定理”研究的实
5、验。其步骤如下：按图把实验器材安装好，不挂配重，反复移动垫木直到小车能够做匀速直线运动；把细线系在小车上并绕过定滑轮悬挂质量为100 g的配重，接通电源，放开小车，电火花计时器在被小车带动的纸带上打下一系列点，从纸带上某点A开始，每隔4个点取一个计数点，依次标为B、C、D；测量出B、C、D各点与A点的距离，分别记为x1、x2、x3；用配重受到的重力分别乘以x1、x2、x3，得到配重重力所做的功W1、W2、W3（当地重力加速度g=9.8 m/s2）；求出打B、C、D各点时小车的速度大小，分别记为v1、v2、v3，再求出其平方、；以速度的平方v2为纵坐标，配重重力所做的功W为横坐标，作出图象。（以
6、下计算均保留两位小数）（1）在步骤4中，该同学测得x4=40.00 cm，则配重重力所做的功W4=_J。（2）该同学得到的图象如图所示。通过图象可知，打A点时小车的速度v0=_m/s。（3）小车的质量M=_kg。【参考答案】（1）0.39 （2）0.50 （3）0.30【详细解析】（1）配重重力做的功为W4=mgx4=1001039.840.00102 J0.39 J。（2）由图可知，纵截距表示打A点时小车速度的平方，因此有，可得v0=0.50 m/s。（3）根据动能定理有，可得，结合图象的斜率，可得小车的质量M=0.30 kg。【名师点睛】用恒力做功探究动能定理时，由于力已知，则速度的平方实
7、际上与位移成正比，就不必等力做完功才测速度。测量速度的方法不限于纸带，也可以用光电门或传感器。1某实验小组设计了如图甲所示的实验装置来做“探究做功和物体速度变化关系”的实验，实验装置中PQ为一块倾斜放置的木板，木板可认为是光滑的，在其上固定一个光电门，用来测量物块上遮光条通过光电门的时间。（1）若用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则示数为d=_mm，遮光条通过光电门时，显示时间为t=0.002 s，则物块通过光电门的瞬时速度为_m/s。（2）让物块分别从不同高度无初速释放，测出物块释放的初位置到光电门的距离l1、l2、l3，读出物块上遮光条每次通过光电门的时间，计算出物块上遮光条每次通过
8、光电门的速度v1、v2、v3，并绘制了如图丙所示的Lv图象。若为了更直观地看出L和v的变化关系，应该作出_图象。AL BLCLv DLv2【答案】（1）1.8 0.9 （2）D1某同学用图甲所示的器材做“探究功与速度变化的关系”的实验。如图甲所示，小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功计为W，当用2条、3条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致，小车速度可由速度传感器测出，并经电脑处理后得出如图乙所示的一一对应的vt图象，由图象可以读出每次实验时小车获得的最大速度并记入表中。次数做功速度（ms1）速度平方（m2s2）1W
9、1.001.0022W1.411.9933W1.732.9944WX55W2.245.02（1）表中“X”处的数值应该是_。（2）从表格中可以得出，合力的功W与速度v的关系是_。（3）在作图象时，由于实际操作过程中木板的倾角调整不当，造成实际图线与理想图线（虚线）存在差异，则作出的图象可能是_。ABCD2某中学实验小组采用如图1所示的装置探究功与速度的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行。打点计时器工作频率为50 Hz。 （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外力对小车做的功D可使得橡皮筋松弛后
10、小车做匀加速运动（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条，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小车。把第1次只挂1条橡皮筋对小车做的功记为W，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W；橡皮筋对小车做功后获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。根据第4次实验的纸带（如图2所示）求得小车获得的速度为_m/s（结果保留三位有效数字）。 （3）画出的Wv图象如图3所示，根据图线形状可知，下列猜想肯定不正确的是_。 A BC D3某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。实验主要步骤如下：使小物块在1条橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面
11、上，落点记为M1；在钉子上分别套2条、3条、4条相同橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，重复步骤，小物块落点分别记为M2、M3、M4；测量相关数据，进行数据处理。（1）为求出小物块抛出时的速度，需要测量下列物理量中的_（填正确答案标号）。A小物块的质量mB橡皮筋的原长xC橡皮筋的伸长量xD桌面到地面的高度hE小物块抛出点到落地点的水平距离L（2）将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W1、W2、W3，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3。若功与速度的平方成正比，则应以W为纵坐标、以_为横坐标作图，才能得到一条直线。（3）小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，由此引起的误差属于
12、_（填“偶然”或“系统”）误差。4某实验小组利用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系，他们将宽度为d的挡光片固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连，在水平桌面上的A、B两点各安装一个光电门，记录小车通过A、B时的遮光时间，小车中可以放置砝码，砝码对光电门无影响。实验主要步骤如下：用游标卡尺测量挡光片的宽度d。将木板略微倾斜以平衡摩擦力，使细线拉力做的功等于合力对小车做的功；将小车停在C点，在砝码盘中放上砝码，小车在细线拉动下运动，记录此时小车、小车中砝码和挡光片的质量之和为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，小车通过A、B时的遮光时间分别为t1、t2；在小车中增减砝码或在
13、砝码盘中增减砝码，重复的操作。（1）下表是他们测得的多组数据，其中|是两个速度的平方差，F为砝码盘及盘中砝码的总重力，W是F在A、B间做的功。表格中W3=_。（结果保留三位有效数字）次数M（kg）|（m2s2）F（N）W（J）11.0000.3800.4000.20021.0000.8260.8400.42031.0000.9961.010W342.0001.202.4201.2152.0001.422.8601.43（2）若在本实验中没有平衡摩擦力，假设小车与水平长木板之间的动摩擦因数为。利用上面的实验器材完成如下操作：保证小车质量不变（未知），改变砝码盘中砝码的数量（取绳上拉力近似为砝码盘及盘中砝码的总重力），测得多组m、t1、t2的数据，并得到m与的关系图象，如图乙所示。已知图象在纵轴上的截距为b，直线PQ的斜率为k，A、B两点的距离为s，挡光片的宽度为d，则=_；图线发生弯曲的原因是_。5如图所示的实验装置，可以用来验证动能定理和探究力和加速度的关系两个实验，其中M为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量。（滑轮质量不计）（1）对这两个实验，下列说法正确的是_。A都要用天平测出砂和砂桶的质量B为了让小车受到的合力等于绳的拉力，都要将带滑轮的长木板右端垫高，
