高中物理人教版必修2《7.6 实验：探究功与速度变化的关系》练习题

人教版必修2《7.6 实验：探究功与速度变化的关系》练习题

一、多选题（本大题共1小题，共4.0分）

1. 某实验小组采用如图所示装置探究橡皮筋弹力功与速度的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．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小车做匀速运动

二、实验题（本大题共4小题，共36.0分）

2. 做“探究功和速度变化的关系”实验时，有如图甲所示的实验装置。请回答下列问题：

(1)实验装置必须满足的操作是______ 。

A.需要平衡摩擦力

B.小车的质量必须足够大，小车的质量要远大于钩码的质量

C.木板必须是光滑的

D.所用的打点计时器必须使用交流电源

(2)用实验装置打出的纸带如乙图所示。某同学想利用BE段验证动能定理，测出纸带上AC间的距离𝑠1，DF间的距离𝑠2，BE间的距离𝑠3。那么，该同学用天平分别测出小车质量M，钩码的总质量m，已知打点计时器的打点频率为f，从打B点到打E点的过程中，小车受到的合力对小车做的功是______ ，小车动能的增量是______ (用题中的物理量符号表示)。 3. 某兴趣小组利用图甲所示实验装置，验证“合外力做功和动能变化的关系”。小车及车中砝码的质量为M，沙桶和沙的质量为m，小车的速度可由小车后面拉动的纸带经打点计时器打出的点计算得到。

(1)在实验中，下列说法正确的有______

A.将木板的右端垫起，以平衡小车的摩擦力

B.每次改变小车的质量时，都要重新平衡摩擦力

C.用直尺测量细线的长度作为沙桶下落的高度

D.在小车运动过程中，对于M、m组成的系统，m的重力做正功

(2)图乙是某次实验时得到的一条纸带，O点为静止开始释放沙桶纸带上打的第一个点，速度为0.相邻两个计数点之间的时间间隔为T，根据此纸带可得出小车通过计数点E时的速度𝑣𝐸=______。

(3)若用O、E两点来研究合外力做功和动能变化的关系，需要验证的关系式为______(用所测物理量的符号表示)。

4. 如图1所示是“探究功与速度变化的关系”实验装置，

(1)图2是平衡阻力时得到的三条纸带，可认为完成平衡阻力的是______(单选)。

(2)小盘与盘中砝码一起提供的牵引力是一个______(填“恒力”或“变力”)。

(3)图3的纸带中每两个计数点之间还有四个点没有画出，O点为打点计时器打下的第一个点，根据纸带求出P点所对应速度的大小为______𝑚/𝑠。(保留三位有效数字)

5. 在探究“功和速度变化关系”的实验中

(1)下列叙述正确的是______

A.实验中长木板应保持水平

B.每次实验中，橡皮筋拉伸的长度必需保持一致

C.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值

D.实验中应先接通打点计时器，再让小车在橡皮筋的作用下弹出

(2)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不是均匀的(如图所示)，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的______(选填“AE”或“FK”)部分进行测量。

【答案与解析】

1.答案：CD

解析：解：使木板倾斜，小车受到的摩擦力与小车所受重力的分力大小相等，在不施加拉力时，小车在斜面上受到的合力为零，小车可以在橡皮筋松弛后做匀速直线运动，小车与橡皮筋连接后，小车所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功。故C、D正确，A、B错误。

故选：CD。

实验中木板略微倾斜目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋的拉力等于小车所受的合力，以及在橡皮筋松弛后，小车做匀速直线运动．

解决本题的关键掌握实验的原理以及注意事项，知道平衡摩擦力的作用．

2.答案：AD 𝑀𝑔𝑠3𝑀+𝑚 18𝑀𝑓2(𝑠22−𝑠12)

解析：解：(1)𝐴、平衡摩擦力后系统所受的合力就是钩码的重力，所以要平衡摩擦阻力，故A正确；

B、以钩码和小车为系统，系统所受的合力就是钩码的重力，所以不必满足𝑀>>𝑚，故B错误；

C、由于摩擦阻力可以平衡，故木板不一定要光滑，何况也做不到，故C错误；

D、打点计时器使用交流电源，故D正确。

(2)根据牛顿第二定律可求钩码对小车的拉力为𝑇=𝑀𝑎=𝑀×𝑚𝑔𝑀+𝑚=𝑀𝑚𝑔𝑀+𝑚，所以拉力T对小车做的功𝑊=𝑇×𝑠3=𝑀𝑔𝑠3𝑀+𝑚。

由题意知相邻计数点的时间间隔为𝑇=1𝑓，那么𝑣𝐵=𝑠12𝑇𝑠1𝑓2，同理𝑣𝐷=𝑠2𝑓2，所以从B到D动能的增量为△𝐸𝑘=12𝑀𝑣𝐷2−12𝑀𝑣𝐵2=18𝑀𝑓2(𝑠22−𝑠12)。

故答案为：(1)𝐴𝐷；(2)𝑀𝑔𝑠3𝑀+𝑚、18𝑀𝑓2(𝑠22−𝑠12)

(1)根据实验原理分析实验装置需要满足的条件有哪些；

(2)根据功的公式求合力所做的功，根据时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度求瞬时速度，再求增加的动能；

本题是考查探究做功与速度变化的关系实验的实验装置的要求，及计算做功与动能的变化的方法，此实验容易与探究加速度与力和质量的关系实验的搞混之处是小车的质量不必满足远大于钩码的质量，此处拉力可求。

3.答案：AD (𝑠6−𝑠4)2𝑇 𝑚𝑔𝑠5=18𝑇2(𝑀+𝑚)[(𝑠6−𝑠4)2] 解析：解：(1)若用砂和小桶的总重力表示小车受到的合力，为了减少这种做法带来的实验误差，必须：

A、使长木板左端抬起−个合适的角度，以平衡摩擦力，以保证合外力等于绳子的拉力，但不需要每次都平衡摩擦力；故A正确，B错误；

C、下落高度由纸带求出，不需要测量下落高度；故C错误；

D、在小车运动过程中，对于M、m组成的系统，m的重力做正功；故D正确；

故选：AD；

(2)根据匀变速直线运动的特点，C点的速度等于BD之间的平均速度，所以：𝑉𝐸=𝑠6−𝑠42𝑇

(3)𝐵到E之间重力势能减小：△𝐸𝑃=𝑚𝑔𝑠5

动能增大：△𝐸𝑘=12𝑀𝑣𝐸2

需要验证的是：𝑚𝑔𝑠5=18𝑇2(𝑀+𝑚)[(𝑠6−𝑠4)2]

故答案为：(1)𝐴𝐷；(2)(𝑠6−𝑠4)2𝑇；(3)𝑚𝑔𝑠5=18𝑇2(𝑀+𝑚)[(𝑠6−𝑠4)2]

(1)根据实验的原理即可正确解答；

(2)由平均速度公式可求得E点的速度；

(3)根据“探究加速度与力、质量的关系”实验原理结合图象特点即可正确回答。

“探究恒力做功与动能改变的关系”与“探究加速度与力、质量的关系”有很多类似之处，在平时学习中要善于总结、比较，提高对实验的理解能力。

4.答案：B 恒力 0.293

解析：解：(1)平衡阻力时，小车做匀速直线运动，相同的时间发生的位移相等，纸带上的点迹均匀，故AC错误，B正确；

故选：B。

(2)小车匀加速运动，则砝码和砝码盘也向下做匀加速直线运动，则绳子的拉力恒定，所以小盘与盘中砝码一起提供的牵引力是一个恒力；

(3)𝑃点所对应速度的大小为：

𝑣𝑝=(12.00−6.15)×10−20.2=0.293𝑚/𝑠；

故答案为：(1)𝐵.(2)恒力(3)0.293；

平衡阻力时，小车做匀速直线运动，纸带上的点迹均匀；小车匀加速运动，则砝码和砝码盘也做匀加速直线运动，绳子的拉力恒定； 根据平均速度等于中间时刻的瞬时速度求解；

解决该题的关键是知道什么是平衡摩擦力，掌握匀变速直线运动瞬时速度的求解方法；

5.答案：BD FK

解析：解：(1)𝐴、本实验要探究合力做的功与速度变化的关系，并且用橡皮条做的功代替总功，故必须保证橡皮条的拉力等于小车所受的合力，由于摩擦不能忽略，所以应该将长木板一端适当垫高以平衡摩擦力，故A错误；

B、C、当橡皮筋伸长量按倍数增加时，功并不简单地按倍数增加，变力功一时无法确切测算。因此我们要设法回避求变力做功的具体数值，用一根橡皮筋做功记为W，用两根橡皮筋做功记为2W，用三根橡皮筋做功记为3𝑊…，从而回避直接求功的这种困难。故B正确，C错误；

D、在中学阶段，用打点计时器测量时间时，为有效利用纸带，总是先接通电源后释放纸带，故D正确；

故选BD。

(2)小车在橡皮条的弹射下，先加速，后匀速飞出，当橡皮条停止做功时，速度最大，故应测量出匀速运动的速度，选纸带上的FK段部分进行测量。

故答案为：FK。

(1)本实验要探究合力做的功与速度变化的关系，并且用橡皮条做的功代替总功，故必须保证橡皮条的拉力等于小车所受的合力，应该将长木板一端适当垫高以平衡摩擦力；橡皮条的拉力是变力，其做功的大小无法测量，只能用多根相同的橡皮条拉长相同的长度做整数倍的功；速度测量时，要先接通电源和释放纸带。

(2)小车先加速后匀速，当小车匀速时，速度达到最大值，橡皮条停止做功，故应测量出匀速运动的速度。

本题关键从实验目地、实验原理出发，确定实验步骤、试验方法和待测量，并寻求减小实验误差的方法。