《2021年高考物理实验题型训练 《探究功与速度变化的关系》》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2021年高考物理实验题型训练 《探究功与速度变化的关系》(17页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、 免费学习资料 https:/ 囊括小初高九大学科(知识点/练习题/模拟卷/真题卷/学霸笔记)实验:探究功与速度变化的关系针对训练 1某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,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
2、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太少,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方法:_。(4)他将钩码重力做的功当成细绳拉力做的功,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【答案】
3、(1)带有砝码的天平(2)D(3)在小车上加适量的砝码(4)CD【解析】(1)实验需要测量小车的位移,所以需要刻度尺;另外需要表示小车动能的变化,所以需要测量小车的质量,因此需要带有砝码的天平。(2)实验中调节定滑轮高度,使细绳与木板平行,可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力,如果不平行,细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力,改变了摩擦力就不能使细绳拉力等于小车所受的合力,D项正确。(3)纸带上点数过少,说明小车的加速度较大,应适当减小加速度,因此需要在小车上加适量的砝码来达到增大质量、减小加速度的目的。(4)拉力做功大于小车动能的增量,原因可能是由于小车运动过程中受到的阻力没有被
4、完全平衡;另一个原因是钩码的重力做功,没有完全转化为小车的动能,钩码自身的动能也在增大,C、D项正确。2某实验小组利用弹簧秤和刻度尺,测量滑块在木板上运动的最大速度。实验步骤:用弹簧秤测量橡皮泥和滑块的总重力,记作G;将装有橡皮泥的滑块放在水平木板上,通过水平细绳和固定弹簧秤相连,如图甲所示。在A端向右拉动木板,待弹簧秤示数稳定后,将读数记作F;改变滑块上橡皮泥的质量,重复步骤;实验数据如表所示:G/N1.502.002.503.504.00F/N0.590.830.991.371.61如图乙所示,将木板固定在水平桌面上,滑块置于木板上左端C处,细绳跨过定滑轮分别与滑块和重物P连接,保持滑块静
5、止,测量重物P离地面的高度h;滑块由静止释放后开始运动并最终停在木板上的D点(未与滑轮碰撞),测量C、D间的距离s。完成下列作图和填空:(1)根据表中数据在给定坐标纸上作出FG图线。(2)由图线求得滑块和木板间的动摩擦因数_(保留两位有效数字)。 (3)滑块最大速度的大小v_(用h、s、和重力加速度g表示)。【答案】(1)见解析(2)0.40(0.380.42均正确)(3)【解析】(1)根据表中数据描点作出图象如图所示。(2)根据FG可知,图象的斜率表示滑块和木板间的动摩擦因数,由图可知动摩擦因数为0.40(0.380.42均正确)。(3)根据滑块在木板上滑动的总距离为s,由于重物P离地面的高
6、度为h,所以加速过程的距离也为h,在此后的过程中滑块在滑动摩擦力的作用下做匀减速运动,直到静止。根据运动学公式v2v2ax可得,v202g(sh),解得v。3如图甲所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验:(1)为达到平衡阻力的目的,取下细绳和托盘,通过调节垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做_运动。(2)连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图乙所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为0.2 N,
7、小车的质量为0.2 kg。请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化Ek,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。OBOCODOEOFW/J0.043 20.057 20.073 40.091 5Ek/J0.043 00.057 00.073 40.090 7分析上述数据可知:在实验误差允许的范围内WEk,与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘的质量为7.7103 kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取9.8 m/s2,结果保留至小数点后第三位)。【答案】(1)匀速直线运动(2)0.111 5 J 0.110 5 J(3)0.015 kg【解析】(1)为保证拉力等于小
8、车受到的合力,需平衡摩擦力,即将长木板左端适当垫高,轻推小车,使小车做匀速直线运动。(2)拉力做的功为WFxOF0.2 N0.557 5 m0.111 5 J,F点的瞬时速度为vF1.051 m/s,故F点的动能为EkFmv0.21.0512 J0.110 5 J。(3)托盘和砝码整体受重力和拉力,从O到F过程运用动能定理有(mm0)gxOF(Mmm0)v,代入数据解得m0.015 kg。4(多选)用如图所示的装置做“探究动能定理”的实验时,下列说法正确的是A为了平衡摩擦力,实验中可以将长木板的左端适当垫高,使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B每次实验中橡皮筋的规格要相同,
9、拉伸的长度要一样C可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D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【答案】ABC【解析】当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时,沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力,即在实验中可消除摩擦力的影响,A正确;由实验原理可知,每次实验橡皮筋的规格要相同,拉伸的长度要一样,B正确,实验是通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的,C正确;橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加,此动能应为小车获得的最大动能,所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度,D错误。5在做“探究功与物体速度变化的关系”的实验时,小车的质量为m,使用橡皮筋6根,每次增加
10、一根,实验中W、v、v2的数据已填在下面表格中。Wv/ms1v2/m2s200010.800.6421.101.2131.281.6441.532.3451.763.1061.893.57(1)试在图中作出相应关系图象。(2)从图象可以得出的实验结论是_。【答案】(1)见解析(2)Wv2【解析】(1)将表中的数据分别描在图甲、乙所示的两个坐标系中,然后在图甲中用平滑曲线连接,在图乙中用斜直线连接,并且使尽可能多的点分布在曲线上或对称分布在直线两侧,如图甲和乙所示。(2)从乙图看出Wv2。6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
11、或打点计时器。先用手提着纸带,使重物靠近计时器静止。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vA0.12m/s,vB0.17m/s,vC0.21m/s。根据以上数据你能否大致判断Wv2?【答案】能【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 过程中,重力对重物所做的功为3W。由计算可知,v1.44102m2/s2,v2.89102m2/s2,v4.41102m2/s2,
12、2,3,即v2v,v3v由以上数据可以判定Wv2是正确的,也可以根据Wv2的图线来判断(如图所示)。7某兴趣小组准备探究“合外力做功和物体速度变化的关系”,实验前组员们提出了以下几种猜想:Wv;Wv2;W。为了验证猜想,他们设计了如图甲所示的实验装置。PQ为一块倾斜放置的木板,在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)。在刚开始实验时,小刚同学提出“不需要测出物体质量,只要测出物体初始位置到速度传感器的距离L和读出速度传感器的读数v就行了”,大家经过讨论采纳了小刚的建议。(1)请你说明小刚建议的理由: _。(2)让物体分别从不同高度无初速释放,测出物体初始位置到速度传感器的距离
13、L1、L2、L3、L4,读出物体每次通过Q点的速度v1、v2、v3、v4,并绘制了如图乙所示的Lv图像。若为了更直观地看出L和v的变化关系,他们下一步应该作出_。ALv2图像BL图像 CL图像 DL图像(3)实验中,木板与物体间摩擦力_(“会”或“不会”)影响探究的结果。【答案】(1)见解析(2)A(3)不会【解析】(1)若只有重力做功,则:mgLsin mv2,等号的两边都有m,可以约掉,故不需要测出物体的质量。若是重力和摩擦力做功,则:(mgsin mgcos )Lmv2,等号的两边都有m,可以约掉,故不需要测出物体的质量。(2)采用表格方法记录数据,合理绘制的Lv图像是曲线,不能得出结论
14、Wv2。为了更直观地看出L和v的变化关系,应该绘制Lv2图像。故选A。(3)重力和摩擦力的总功W也与距离L成正比,因此不会影响探究的结果。8在“探究动能定理”的实验中,某实验小组采用如图甲所示的装置,在水平气垫导轨上安装了两个光电门M、N,滑块上固定一遮光条,细线绕过定滑轮与滑块、力传感器相连,力传感器下方悬挂钩码,已知遮光条的宽度为d,滑块和遮光条的总质量为m。(1)接通气源,滑块从A位置由静止释放,读出遮光条通过光电门M、N的时间分别为t1、t2,力传感器的示数为F,改变钩码质量,重复上述实验。为探究在M、N间运动过程中细线拉力对滑块做的功W和滑块动量增量Ek的关系,还需要测量的物理量为_(写出名称及符号);利用实验中直接测量的物理量表示需探究的关系式为_。(2)保持钩码的质量不变,改变光电门N的位置,重复实验,根据实验数据作出从M到N的过程中细线拉力对滑块做的功W与滑块到达N点时速度的二次方v2的关系图象,如图乙所示,则图线的斜