版高考物理一轮复习 精选题辑实验 探究做功与速度变化的关系文档格式.docx

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L4

v

v1

v2

v3

v4

他们根据实验数据绘制了如图乙所示的L—v图象，并得出结论W∝v2.

（1）你认为他们的做法是否合适？

________.

（2）你有什么好的建议？

（3）在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小________（填“会”或“不会”）影响探究出的结果．

（1）不合适　

（2）应进一步绘制L—v2图象　（3）不会

（1）采用表格方式记录数据，合理绘制的L—v图象是曲线，不能得出结论W∝v2，所以他们的做法不合适．

（2）为了更直观地看出L和v的变化关系，应该绘制L—v2图象．（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．

3．某同学安装如图甲所示的实验装置，验证机械能守恒定律．如图乙所示是该实验得到的一条点迹清晰的纸带，现要取A、B两点来验证实验，已知电火花计时器每隔0.02s打一个点．

请回答下列问题：

（1）电火花计时器的工作电压是________V.

（2）根据纸带可以判断，实验时纸带的________（填“左”或“右”）端和重物相连接．

（3）若x2＝4.80cm，则在纸带上打下计数点B时的速度vB＝________m/s（计算结果保留三位有效数字）．

（4）若x1数据也已测出，则实验还需测出的物理量为________．

（5）经过测量计算后，某同学画出了如图丙所示的Ek－h图线，则图丙中表示动能随高度变化的曲线为________（填“图线A”或“图线B”）．

（1）220　

（2）左　（3）1.20　（4）A、B之间的距离或hAB　（5）图线B

（2）从纸带上可以发现从左到右，相邻的计数点的距离越来越大，说明速度越来越大，纸带与重物相连接的一端先打出点，速度较小，所以实验时纸带的左端通过夹子和重物相连接．

（3）纸带随重物一起做匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的推论得：

打出B点时纸带运动的瞬时速度为vB＝

＝

m/s＝1.20m/s.

（4）若x1数据已测出，则可求出在纸带上打下计数点A时的速度，进而可求出A、B两点动能的变化量，要验证机械能守恒定律，则还要求出重力势能的变化量，所以还要测出A、B之间的距离hAB.

（5）因重物在下落过程中做匀加速直线运动，所以高度越来越小，速度越来越大，动能越来越大，故图丙中表示动能随高度变化的曲线为图线B.

4．用如图甲所示的实验装置验证m1、m2组成的系统机械能守恒，m2从高处由静止开始下落，在m1拖着的纸带上打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．图乙给出的是实验中获取的一条纸带：

0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点未标出，计数点间的距离如图乙所示．已知m1＝50g，m2＝150g，g取10m/s2，交流电源的频率为50Hz，不考虑各处摩擦力的影响，结果保留两位小数．

（1）在纸带上打下计数点5时m2的速度v＝________m/s.

（2）在打点0～5过程中系统动能的增量ΔEk＝________J，系统重力势能的减少量ΔEp＝________J.

（3）若某同学作出

v2－h图象如图丙所示，则该同学测得的重力加速度g＝________m/s2.

（1）2.40　

（2）0.58　0.60　（3）9.70

（1）v＝

m/s＝2.40m/s.

（2）ΔEk＝

（m1＋m2）v2＝0.58J，ΔEp＝（m2－m1）gh＝0.60J.

（3）根据ΔEk＝ΔEp，得

gh＝

，则

g＝

m/s2，g＝9.70m/s2.

5．如图甲所示的装置叫做阿特伍德机，是英国数学家和物理学家阿特伍德（G·

Atwood1746～1807）创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示．

（1）实验时，该同学进行了如下步骤：

①将质量均为M（A含挡光片、B含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出________（填“A的上表面”、“A的下表面”或“挡光片中心”）到光电门中心的竖直距离h.

②在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统（重物A、B以及物块C）中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt.

③测出挡光片的宽度d，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．

（2）如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为________（已知重力加速度为g）．

（3）引起该实验系统误差的原因有________（写一条即可）．

（4）验证实验结束后，该同学突发奇想：

如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，不断增大物块C的质量m，重物B的加速度a也将不断增大，那么a与m之间有怎样的定量关系？

a随m增大会趋于一个什么值？

请你帮该同学解决：

①写出a与m之间的关系式：

________（还要用到M和g）；

②a的值会趋于________．

（1）挡光片中心　

（2）mgh＝

（2M＋m）

（3）绳子有质量（或滑轮与绳子有摩擦，或重物运动受到阻力作用，回答一个即可）　（4）①a＝

②重力加速度g

（1）①将质量均为M（A含挡光片、B含挂钩）的重物用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h.

（2）重物A经过光电门的速度v＝

，整个系统重力势能的减少量为mgh，动能增加量为

（2M＋m）v2，则如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为mgh＝

2.（3）引起该实验系统误差的原因有：

绳子有质量；

滑轮与绳子有摩擦；

重物运动受到阻力作用．（4）①系统所受的合外力为F＝mg，则根据牛顿第二定律可知F＝（2M＋m）a，解得a＝

；

②根据a＝

，当m逐渐变大时，a的值会趋于g.

6．某同学用图甲所示装置来探究碰撞中的守恒量，图中KQ是斜槽，QR为水平槽，图乙是多次实验中某球落到位于水平地面记录纸上得到的10个落点痕迹，有关该实验的一些说法不正确的有（　　）

A．入射球和被碰球必须是弹性好的，且要求两球的质量相等，大小相同

B．入射球必须每次从轨道的同一位置由静止释放

C．小球碰撞前后的速度不易测量，所以通过测小球“水平方向的位移”间接解决

D．图乙可测出碰撞后某球的水平射程为64.7cm（或取64.2cm～65.2cm之间某值）

A

为防止两球碰撞后入射球反弹，入射球的质量应在于被碰球的质量，为发生对心碰撞，两球半径应相等，故A项错误；

为保证小球的速度相等，入射球必须每次从轨道的同一位置由静止释放，故B项正确；

小球离开轨道后做平抛运动，由于小球抛出点的高度相等，它们在空中的运动时间相等，小球的水平位移与小球的初速度成正比，小球碰撞前后的速度不易测量，所以通过测小球“水平方向的位移”间接解决，故C项正确；

由图示刻度尺可知，图乙可测出碰撞后某球的水平射程为64.7cm（64.2cm～65.2cm均正确），故D项正确．

7．气垫导轨（如图甲所示）工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，大大减小了滑块运动时的阻力．为了验证动量守恒定律，在水平气垫导轨上放置两个质量均为a的滑块，每个滑块的一端分别与穿过打点计时器的纸带相连，两个打点计时器所用电源的频率均为b.气垫导轨正常工作后，接通两个打点计时器的电源，并让两滑块以不同的速度相向运动，两滑块相碰后粘在一起继续运动．图乙为某次实验打出的点迹清晰的纸带的一部分，在纸带上以同间距的6个连续点为一段划分纸带，用刻度尺分别量出其长度s1、s2和s3.若题中各物理量的单位均为国际单位，那么，碰撞前两滑块的动量大小分别为________、________，两滑块总动量大小为________；

碰撞后两滑块的总动量大小为________．重复上述实验，多做几次．若碰撞前、后两滑块的总动量在实验误差允许的范围内相等，则动量守恒定律得到验证．

ab（s1－s3）　

abs2

打点周期T＝

，打s1、s2、s3均用时

碰前其中一滑块的动量p1＝mv1＝m

＝a

碰前另一滑块的动量p2＝mv2＝m

故碰前总动量p＝p1－p2＝

ad（s1－s3）

同理碰后总动量p′＝2·

m

8．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中的不变量的实验：

在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动．然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图甲所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板右端下面垫放小木片用以平衡摩擦力．

（1）若已测得打点纸带如图乙所示，并测得各计数点间距（已标在图上）．A为运动起始的第一点，则应选________段来计算A的碰前速度，应选________段来计算A和B碰后的共同速度（以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”）．

（2）已测得小车A的质量m1＝0.40kg，小车B的质量m2＝0.20kg，由以上测量结果可得碰前总动量为________kg·

m/s，碰后总动量为______kg·

m/s.

（3）实验结论：

________________________________________________________________________.

（1）BC　DE　

（2）0.420　0.417　（3）见解析

本题考查学生灵活运用所学知识解决实际问题的能力．

（1）从分析纸带上打点的情况看，BC段既表示小车做匀速运动，又表示小车有较大速度，因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况，应选用BC段计算A的碰前速度．从CD段打点情况看，小车的运动情况还没稳定，而在DE段内小车运动稳定，故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度．

（2）小车A在碰撞前速度v0＝

m/s＝1.050m/s

小车A在碰撞前动量p0＝mAv0＝0.40×

1.050kg·

m/s＝0.420kg·

m/s

碰撞后A、B的共同速度v共＝

m/s＝0.695m/s

碰撞后A、B的总动量p′＝（mA＋mB）v共＝（0.20＋0.40）×

0.695kg·

m/s＝0.417kg·

在误差允许的范围内，A、B碰撞前后动量守恒．

刷题加餐练

1．（2017·

北京卷）如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．

图1

（1）打点计时器使用的电源是_________（选填选项前的字母）．

A．直流电源　　　　　B．交流电源

（2）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_______（选填选项前的字母）．

A．把长木板右端垫高

B．改变小车的质量

在不挂重物且________（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车．若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．

A．计时器不打点

B．计时器打点

（3）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图2所示．

图2

实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg.从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝_______，打B点时小车的速度v＝________.

（4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的v2–W图象．由此图象可得v2随W变化的表达式为________．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；

分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是________．

图3

（5）假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2–W关系的是________．

B

C

D

图4

（1）B　

（2）A　B　（3）mgx2　

（4）v2＝4.7W（4.5W～5.0W均认为正确）　质量

（5）A

打点计时器的使用、平衡摩擦力的方法、利用纸带判断位移并计算速度、图象的理解．

（1）打点计时器使用交变电流，故应选用交流电源．

（2）平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右端，使小车的重力的分力与摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到平衡要求．

（3）由做功公式知：

W＝mgx2；

利用匀变速直线运动中间时刻的速度等于本段时间内的平均速度知，B点速度等于AC段的平均速度，vB＝

.

（4）根据图线，关系式写为v2＝kW＋b，在直线上取两点，如（1.4×

10－2,0.07）（8×

10－2,0.38），代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v2＝4.7W.把功的单位用基本单位表示，J＝N·

m＝kg·

m2·

s－2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为kg－1，故与图线斜率有关的物理量应是质量．

（5）若重物质量m不满足远小于小车质量M，则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力，

由mg＝（M＋m）a和F＝Ma

知F＝

mg，

由动能定理得：

mv2＝Fx，v2＝

x＝

x，

而W＝mgx，

则实际v2W图线的斜率k＝

，重物质量m与小车质量M不变，速度虽然增大，但斜率不变，选项A正确．

2．（2017·

天津卷）如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．

①对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________．

A．重物选用质量和密度较大的金属锤

B．两限位孔在同一竖直面内上下对正

C．精确测量出重物的质量

D．用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物

②某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50Hz的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示．纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________．

A．OA、AD和EG的长度

B．OC、BC和CD的长度

C．BD、CF和EG的长度

D．AC、BD和EG的长度

①AB　②BC

验证机械能守恒定律的实验条件及数据处理的特点．

①A对：

验证机械能守恒定律时，为降低空气阻力的影响，重物的质量和密度要大．

B对：

为减小纸带与打点计时器间的摩擦，两限位孔要在同一竖直平面内上下对正．

C错：

验证机械能守恒定律的表达式为mgh＝

mv2，重物的质量没必要测量．

D错：

应用手提住纸带上端使物体保持静止，接通电源后再释放纸带让重物自由下落．②利用纸带数据，根据mgh＝

mv2即可验证机械能守恒定律．要从纸带上测出重物下落的高度并计算出对应的速度，选项A、D的条件中，下落高度与所能计算的速度不对应；

选项B的条件符合要求，可以取重物下落OC时处理；

选项C中，可以求出C、F点的瞬时速度，又知CF间的距离，可以利用

mv

－

＝mgΔh验证机械能守恒定律．

3．（2017·

江苏卷）利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M＝200.0g，钩码的质量为m＝10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．

（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到____________________．

（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示．选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1＝________m/s.

（3）将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W.利用Ek＝

Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔEk.计算结果见下表.

W/×

10－3J

2.45

2.92

3.35

3.81

4.26

ΔEk/×

2.31

2.73

3.12

3.61

4.00

请根据表中的数据，在图3中作出ΔEkW图象．

（4）实验结果表明，ΔEk总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F＝________N.

（1）小车做匀速运动　

（2）0.228　（3）见解析图　（4）0.093

利用纸带求解瞬时速度、恒力做功与物体动能变化的关系、实验数据处理．

（1）完全平衡摩擦力的标志是轻推小车，小车做匀速运动．

（2）两计数点间的时间间隔T＝5×

0.02s＝0.1s

v1＝

m/s＝0.228m/s

（3）确定标度，根据给出数据描点．作图如图所示．

（4）从图线上取两个点（4.5,4.24），（2.15,2.0）

图线的斜率k＝

≈0.953①

又有k＝

②

根据运动学公式有v2＝2aΔx③

根据牛顿第二定律有

F＝Ma④

由①②③④式解得F≈0.093N

4．（2016·

新课标全国卷Ⅱ）某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图（a）所示：

轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．

图（a）

（1）实验中涉及下列操作步骤：

①把纸带向左拉直

②松手释放物块

③接通打点计时器电源

④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量

上述步骤正确的操作顺序是________（填入代表步骤的序号）．

（2）图（b）中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果．打点计时器所用交流电的频率为50Hz.由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s.比较两纸带可知，________（填“M”或“L”）纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．

图（b）

（1）④①③②　

（2）1.29　M

探究弹簧弹性势能的实验步骤、数据处理等知识．

（1）实验时首先向左推物块使弹簧压缩，测量出弹簧的压缩量，然后把纸带向左拉直，先接通打点计时器电源，待打点稳定后，再松手释放物块，故正确的操作顺序是④①③②.

（2）物块脱离弹簧后将在光滑水平桌面上做匀速直线运动，由M纸带可知物块脱离弹簧时的速度v＝

m/s≈1.29m/s.比较M、L两纸带，物块脱离弹簧后在相同时间内的位移M的比L的大，则M纸带对应的那次实验中物块在脱离弹簧后的速度大，即M纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大．

5．（2018·

河北衡水中学期末）在用“落体法”做“验证机械能守恒定律”的实验时，小明选择一条较为满意的纸带，如图甲所示，他舍弃前面密集的点，以O为起点，从A点开始选取纸带上连续点A、B、C、…，测出O到A、B、C、…的距离分别为h1、h2、h3、…，电源的频率为f.

（1）为减小实验误差，下列做法正确的是________．

A．选用质量大、体积小的重锤

B．安装打点计时器时两限位孔在同一竖直线上

C．释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直

D．重锤下落时手始终提住纸带上端，保持纸带竖直

（2）小明通过实验测得数据（有阻力的影响），画出的v2－h图象如图乙所示．已知直线斜率为k，则当地重力加速度g________

（填“>

”“＝”或“<

”）

（3）另有四位同学在图乙的基础上，画出没有阻力时的v2－h图线，并与其比较，其中正确的是________．

（1）ABC　

（2）>

　（3）B

（1）为减小空气阻力对实验的影响，应选用质量大、体积小的重锤，选项A正确；

为减小限位孔对纸带的摩擦力，安装打点计时器时应使两限位孔在同一竖直线上，选项B正确；

释放纸带前，手应提纸带上端并使纸带竖直，可减小阻力，选项C正确；

重锤下落的过程中，手不能拉着纸带，选项D错误．

（2）根据动能定理得F合h＝

mv2－

，解得v2＝

h＋v

，由于直线的斜率为k，则k＝

，重锤下落的过程中受阻力作用，F合＝mg－f<

mg，由以上两式解得k<

2g，解得g>

（3）不论有无阻力，释放点的位置相同，即初速度为零时，两图线必交于横轴的同一点，选项B正确，选项A、C、D错误．

6．（2018·

云南毕业统测）

如图所示，质量分别为m1和m2的物块A和B，分别系在一条跨过定滑轮的轻质细绳两端，已知m1>

m2,1、2是两个计时光电门，不计滑轮质量和摩擦，重力加速度为g.用此装置验证机械能守恒定律．

（1）物块B上固定有一宽度为d的挡光条，实验中记录下挡光条通过1、2两光电门的时间分别为Δt1和Δt2，此外还需要测量的物理量是____________．

（