2015届高三物理大一轮复习:实验五 探究动能定理
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实验五探究动能定理一、基本原理与操作原理装置图操作要领(1)平衡:垫高木板的一端,平衡摩擦力(2)做功①用一条橡皮筋拉小车——做功W②用两条橡皮筋拉小车——做功2W③用三条橡皮筋拉小车——做功3W(3)小车:靠近打点计时器且接通电源再释放小车;每次小车须由同一位置由静止弹出(4)测速:测出每次做功后小车获得的速度1.利用纸带确定小车的末速度(1)橡皮筋恢复原长时小车已匀速,故应利用纸带上间距相等的部分计算小车速度。
(2)利用v=xt计算小车的速度,为减小测量误差,所选的范围应尽量长些。
2.绘制图象分别用各次实验的v和W绘出W-v,W-v2,W-v3等关系图象,直到作出的图象是一条倾斜的直线。
注意事项(1)选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动状态的点。
(2)橡皮筋的选择:橡皮筋规格相同。
力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。
误差分析(1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。
(2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。
(3)利用打上点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。
教材原型实验命题角度实验原理与基本操作【例1】某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验,图1中小车是在1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记为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。
每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。
图1(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、__________(填测量工具)和__________(选填“交流”或“直流”)电源。
(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力,则下面操作正确的是()A.放开小车,能够自由下滑即可B.放开小车,能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是()A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用图2中纸带的________部分进行测量。
实验五探究动能定理必备知识·自主排查一、基本原理与操作原理装置图操作要领思路:1.拉伸的橡皮筋对小车做功(1)用1条橡皮筋拉小车——做功W(2)用2条橡皮筋拉小车——做功2W(3)用3条橡皮筋拉小车——做功3W 2.测出每次做功后小车获得的速度v (1)平衡:垫高木板的一端,平衡摩擦力(2)做功①用一条橡皮筋拉小车——做功W②用两条橡皮筋拉小车——做功2W③用三条橡皮筋拉小车——做功3W(3)小车:靠近打点计时器且接通电源再释放小车;每次小车须由同一位置由静止弹出(4)测速:测出每次做功后小车获得的速度二、数据处理1.选点测速如图,选取纸带上点迹均匀的部分,根据v=测算出橡皮筋的弹力做功结束时小车的速度,与对应条数橡皮筋做的功记录在设计的表格中,并计算出v2、v3等的值.2.分析数据,得出结论根据数据分别作W -v、W -v2、W -v3等图象.其中W -v2图象如下:实验结论:W -v2图象为一条过原点的直线,可判断W∝v2.,●注意事项1.平衡摩擦力时,将木板一端垫高,使小车重力沿木板向下的分力与摩擦力平衡.方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动,从而找到木板一个合适的倾角.2.测小车的速度时,应选纸带上的点均匀分布的部分.3.橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.4.小车的质量应大一些,使纸带上打的点多一些.●误差分析1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比.2.没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差.3.利用打上点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差.关键能力·分层突破考点一教材原型实验例1.某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验,下图中小车是在1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记为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,每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、________(填测量工具)和________(选填“交流”或“直流”)电源.(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力,则下面操作正确的是________.A.放开小车,能够自由下滑即可B.放开小车,能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可(3)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用下图中纸带的________部分进行测量.跟进训练1.探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图1所示.实验过程中有平衡摩擦力的步骤,并且设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大,即分别为W0、2W0、3W0、4W0…(1)实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力,目的是__________(填写字母代号).A.为了释放小车后小车能做匀加速运动B.为了增大橡皮筋对小车的弹力C.为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D.为了使小车获得较大的动能(2)图2是在正确操作情况下打出的一条纸带,从中截取了测量物体最大速度所用的一部分,已知相邻两打点时间间隔为0.02 s,则小车获得的最大速度v m=__________ m/s(保留3位有效数字).(3)几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车获得的最大速度v m的数据,并利用数据绘出了下列给出的四个图象,你认为其中正确的是__________.考点二拓展创新实验例 2.某实验小组利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统探究“合力做功与小车动能变化的关系”.实验时将小车拉到水平轨道的O位置由静止释放,在小车从O位置运动到A位置过程中,经计算机处理得到了弹簧弹力与小车位移的关系图线如图(b)所示,还得到了小车在A位置的速度大小v A;另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器)的总质量m.回答下列问题:(1)由图(b)可知:图(a)中A位置到力传感器的距离________(填“小于”“等于”或“大于”)弹簧原长;(2)在小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W=______________,小车的动能改变量ΔE k=______________;(表达式用题中已知物理量的符号表示)(3)甲同学在分析实验数据后,还补充了如下实验:将弹簧从小车上卸下,给小车一初速度,让小车从轨道右端向左端运动,利用位移传感器和计算机得到小车的速度随时间变化的图线如图(c)所示,则他要探究关系式________________________是否成立;(关系式用题中已知物理量的符号表示)(4)乙同学反思整个实验过程提出了自己的方案:在实验开始时,小车不连接弹簧,将图(a)中轨道________(填“左”或“右”)端垫高至合适位置,让小车在轨道上获得一初速度开始运动,若计算机监测到的小车位移—时间图线是________,即表明轨道倾角调整到位,再实施题中所述实验步骤,而无需做甲同学补充的实验.跟进训练2.[2020·全国卷Ⅲ,22]某同学利用图(a)所示装置验证动能定理.调整木板的倾角平衡摩擦阻力后,挂上钩码,钩码下落,带动小车运动并打出纸带.某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示.已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s,从图(b)给出的数据中可以得到,打出B 点时小车的速度大小v B=____________ m/s,打出P点时小车的速度大小v P=____________ m/s.(结果均保留2位小数)若要验证动能定理,除了需测量钩码的质量和小车的质量外,还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为__________________.3.某实验小组用图甲所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系.铁架台竖直固定放置在水平桌面上,将长木板倾斜放置,一端P固定在水平桌面边缘处,另一端放置在铁架台的铁杆上,忽略长木板厚度,P处放置一光电门计时器.实验步骤如下:①用游标卡尺测出滑块的挡光片宽度l,用天平测出含挡光片的滑块的质量m;②以长木板放置在水平桌面上的一端为轴,调节长木板在铁架台上的放置位置,使滑块恰好沿长木板向下做匀速运动.在铁架台竖直杆上记下此位置Q1,用刻度尺测出Q1到水平桌面的高度H;③保持长木板P端与桌面接触位置不变,长木板另一端放置在铁架台竖直杆Q2位置处.用刻度尺量出Q1、Q2的距离h1,将滑块从Q2位置由静止释放,由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1;④保持长木板P端与桌面接触位置不变,重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置,重复步骤③数次.(1)滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中,用测量的物理量表示下列物理量(已知重力加速度为g):滑块动能的变化量ΔE k=________,滑块克服摩擦力做的功W Ff=________,合力对滑块做的功W合=________.(2)某学生以长木板在铁架台竖直杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标,以滑块通过光电门的挡光时间的平方的倒数为纵坐标,根据测量数据画出如图乙所示图线,若图线过原点,且图线斜率k=________,则能证明合外力做的功等于滑块动能增量.实验五探究动能定理关键能力·分层突破例1解析:(1)为测量小车获得的速度,必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离;打点计时器必须使用交流电源.(2)平衡摩擦力时,也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力.根据平衡状态的特点,小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力.(3)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量,此时小车的速度最大,即GK部分.答案:(1)刻度尺交流(2)D(3)GK1.解析:(1)实验目的是探究合外力做功与物体速度的关系,平衡摩擦力后,橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功.(2)由图可知,小车先做加速度变化的加速运动,后做匀速运动.当小车做匀速运动时,小车获得的速度最大,即v m=m/s=1.22 m/s.(3)由,知D正确.答案:(1)C(2)1.22(3)D例2解析:(1)O到A弹簧被拉长,则距离大于弹簧长度;(2)变力F做功为F-s图象围成面积W=(F A+F0)s A,小车动能的改变量为:ΔE k=.(3)克服摩擦力做功W f=m s A,由动能定理(F0+F A)s A-m s A=.(4)平衡摩擦力,右端垫高,匀速运动:x -t图象为直线.答案:(1)大于(2)(F0+F A)s A(3)(F0+F A)s A-m s A=(4)右直线2.解析:打下B点的时刻为打下与B点相邻左、右两点的中间时刻,则打下B点时小车的速度应为这两点间小车的平均速度,即v B=×10-2m/s=0.36 m/s;同理打下P点时小车的速度为v P=×10-2 m/s=1.80 m/s.在验证动能定理时,如果选取B到P 的过程,则由mgx BP=可知,要验证动能定理还需要求得B、P两点间的距离.答案:0.36 1.80B、P之间的距离3.解析:(1)由于挡光片宽度很小,可近似认为滑块通过光电门的速度v=,滑块(含挡光片)动能的变化量ΔE k=-0=.滑块从Q1释放匀速下滑时,设长木板的倾角为θ,Q1P长度为L,P到铁架台竖直杆的距离为x,由动能定理有mgH-μmgL cos θ=0,且L cos θ=x,得μmgx=mgH;滑块从Q2释放时,设长木板的倾角为α,Q2P长度为L′,则滑块克服摩擦力做的功为W Ff=μmgL′cos α,且L′cos α=x,故W Ff=mgH.合力做的功W合=mg(H+h1)-W Ff=mgh1.(2)由动能定理有W合=ΔE k,即mgh=,整理得=h,故图线斜率k=.答案:mgH mgh1(2)。
【2015考纲解读】1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.体会探究过程和所使用的方法..2014·天津卷 (2)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. 若要完成该实验,必需的实验器材还有哪些______________________________. 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 平衡摩擦后,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较少,难以选到合适的点计算小车的速度.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办法:______________________. 他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,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 (2)①刻度尺、天平(包括砝码) D ③可在小车上加适量的砝码(或钩码) CD 【实验目的】 1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系. 2.通过分析实验数据,总结出做功与物体速度的平方的正比例关系. 【实验原理】 探究功与速度变化的关系,可通过改变力对物体做的功,测出力对物体做不同的功时物体的速度,为简化实验可将物体初速度设置为零,可用图1所示的装置进行实验,通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加,再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v. 【实验器材】 小车(前面带小钩)、100 g~200 g砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉),打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器则不用学生电源)、5~6条等长的橡皮筋、刻度尺. 【实验步骤】 1.按如图1所示将实验仪器安装好,同时平衡摩擦力. 2.先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1,设此时橡皮筋对小车做的功为W1,将这一组数据记入表格. 3.用2条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同,这时橡皮筋对小车做的功为W2,测出小车获得的速度v2,将数据记入表格. 4.用3条、4条……橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和速度,记入表格.【数据处理】 先对测量数据进行估计,或者作个W-v草图,大致判断两个量可能是什么关系.如果认为可能是W∝v2,对于每一个速度值算出它的二次方,然后以W为纵坐标、v2为横坐标 作图,如果这样作出来的图象是一条直线,说明两者关系真的就是W∝v2. 【误差分析】 1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比. 2.没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差. 3.利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准会带来误差. 【注意事项】 1.平衡摩擦力很关键,将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡.方法是轻推小车,由打点计时器j打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,找到木板一个合适的倾角. 2.测小车速度时,应选纸带上点距均匀的部分,也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点. 3.橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.这是本实验的技巧之一,这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题,这也是物理实验中常用的一种思想和手段.(历史上卡文迪许扭秤实验和这里相似) 考点一实验原理及注意事项 例1、关于探究动能定理的实验中,下列叙述正确的是( ) A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C.放小车的长木板应该尽量使其水平 D.先接通打点计时器电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 【解析】本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了,A错;每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致,只有这样才能保证以后各次实验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,B错;小车运动中会受到阻力,只有使木板倾斜到一定程度,才能减小误差,C错;实验时,应该先接通电源,让打点计时器开始工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确. 【答案】 D 考点二 实验数据的处理 例2、为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”,查资料得知,弹簧的弹性势能Ep=kx2,其中k是弹簧的劲度系数,x是弹簧长度的变化量. 某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题. 为了研究方便,把小铁球O放在水平桌面上做实验,让小铁球O在弹力作用下运动,即只有弹簧推力做功. 该同学设计实验如下: 首先进行如下图甲所示的实验:将轻质弹簧竖直挂起来,在弹簧的另一端挂上小铁球O,静止时测得弹簧的伸长量为d. 在此步骤中,目的是要确定物理量________,用m、d、g表示为________. 接着进行如上图乙所示的实验:将这根弹簧水平放在桌面上,一端固定,另一端被小铁球O压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小铁球O被推出去,从高为h的水平桌面上抛出,小铁球O在空中运动的水平距离为L. 小铁球O的初动能Ek1=________. 小铁球O的末动能Ek2=________.(用m、h、L、g表示) 弹簧对小铁球O做的功W=________.(用m、x、d、g表示) 对比W和Ek2-Ek1就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系”,即在实验误差允许范围内,外力所做的功等于物体动能的变化. 【解析】 该题也是探究做功与物体动能变化的关系,但是在课本实验的基础上进行了变化和创新,主要考查了灵活应用知识的能力和创新能力. 在图甲所示的步骤中,目的是确定弹簧的劲度系数k.由平衡条件得: 在图乙所示的实验中,小铁球的初动能Ek1=0. 又根据小球做平抛运动得: mg=kd 即k= h=gt2 L=vt 所以Ek2=mv2=m(L)2= 弹簧对小铁球做的功等于弹性势能的减少 所以W=kx2=. 【答案】 弹簧劲度系数k 0 考点 对实验原理及误差分析的考查 探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图1所示,实验主要过程如下: 图1 (1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…; (2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度v1、v2、v3、…; (3)作出W-v草图; (4)分析W-v图象.如果W-v图象是一条直线,表明W∝v;如果不是直线,可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系. 以下关于该实验的说法中有一项不正确,它是________. A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、….所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致.当用1条橡皮筋进行实验时,橡皮筋对小车做的功为W,用2条、3条、…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、… B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法可以使木板适当倾斜 C.某同学在一次实验中,得到一条记录纸带.纸带上打出的点,两端密、中间疏.出现这种情况的原因,可能是没有使木板倾斜或倾角太小 D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法,是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算 解析 由于选用同样的橡皮筋,并且每次实验中橡皮筋拉伸的长度相同,因此每条橡皮筋对小车做的功都相同,故A正确;小车在运动中受到的阻力,采取平衡摩擦力的方法补偿,让木板固定有打点计时器的一端适当抬高,使重力的下滑分力与摩擦力平衡,故B正确;纸带上的点两端密、中间疏,说明小车先在橡皮筋拉力作用下加速,后在阻力作用下减速,故C正确;由于橡皮筋松驰后,小车做匀速运动,此时的速度是橡皮筋对小车做功后的最大速度,故求速度应该用做匀速运动的那一段纸带的数据,而不应该用从第一点到最后一点的数据来计算,故D错误. 答案 D 考点 对实验步骤和实验数据处理的考查 为了探究力对物体做功与物体速度变化的关系,现提供如图2所示的器材,让小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行,请思考并回答下列问题(打点计时器交流电频率为50 Hz): 图2 (1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________. (2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都应保持一致,我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W. (3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出,如图3所示是其中四次实验打出的部分纸带. 图3 (4)试根据(2)、(3)中的信息,填写下表. 次数1234橡皮筋对小车做的功W小车速度v(m/s)v2(m2/s2)从表中数据可得出结论:__________________________. 解析 该题综合考查了本实验的注意事项、数据处理及结论,对考生的能力要求较高. (1)将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度,使小车缓慢匀速下滑. (4)由匀速运动的速度公式v=,其中x从图上读出分别为2.00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm.t=T==0.02s,即可求出小车的速度. 次数1234橡皮筋对小车做功2W3W4W小车速度v(m/s)1.01.4151.732.0v2(m2/s2)1.02.03.04.0由表中数据可得出结论:橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比. 答案 见解析 【当堂巩固】 1.关于探究动能定理的实验中,下列叙述正确的是( ) A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C.放小车的长木板应该尽量使其水平 D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 解析:选D.本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳,只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍就足够了,A错;每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致,只有这样才能保证以后每次实验时,橡皮筋做的功是第一次的整数倍,否则,功的数值难以测定,B错;小车运动过程中会受到阻力,只有使木板倾斜到一定程度,才能减小误差,C错;实验时,应该先接通电源,让打点计时器开始工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确. 2.在“探究动能定理”的实验中,每次选取纸带后,我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度( ) A.间距均匀的 B.间距不均匀的 C.间距均匀的与不均匀的都可 D.最好是间距均匀的,若纸带上没有间距均匀的,也可用间距不均匀的 解析:选A.橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功,小车做匀速运动,纸带上的点间距变的均匀,故A对,B、C错;若纸带上没有间距均匀的点说明纸带太短,橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器,这种情况下应选用更长的纸带,或者是因为摩擦力没被平衡掉,故D错. 3.在“探究动能定理”的实验中,若画出W-v的图象,应为图5-5-9中的哪个图( ) 图5-5-9 解析:选B.通过实验可知,做的功W与小车速度v2成正比,故与v应是二次函数关系,故B正确,A、C、D均错. 4.在“探究动能定理”的实验中,某同学在一次实验中得到一条如图5-5-10所示的纸带,这条纸带上的点两端较密,中间稀疏,出现这种情况的原因可能是( ) 图5-5-10 A.电源的频率不稳定 B.木板倾斜的程度太大 C.没有使木板倾斜或倾斜角太小 D.小车受到的阻力较大 解析:选CD.可能是没有平衡摩擦力或平衡不够,故C、D正确. 5.一实验小组要用如图5-5-11所示的装置探究动能定理,关于实验操作下列说法正确的是( ) 图5-5-11 A.应改变橡皮筋拉伸的长度,打出不同的纸带进行分析 B.应保持橡皮筋拉伸的长度不变,改变橡皮筋的条数,打出不同的纸带进行分析 C.应选取纸带上点迹间隔均匀的一段进行测量,以求出小车匀速运动时的速度 D.实验中将木板左端适当垫高的目的是:使重力分力平衡掉小车和纸带受到的摩擦力,提高实验的精确度 解析:选BCD.橡皮筋拉小车时的作用力是变力,我们不能求变力做功问题,但选用相同的橡皮筋,且伸长量都一样时,则要改变橡皮筋数目来改变做功的多少,A错误,B正确;纸带点迹均匀说明小车做匀速运动,此时小车的速度最大,橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能,C正确;木板略微倾斜后,小车所受重力沿斜面向下的分力平衡了小车运动中的阻力,提高了实验的精确度,D正确..关于“探究动能定理”的实验中,下列叙述正确的是( ) A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C.放小车的长木板应尽量使其水平 D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 答案 D 解析 实验中没有必要测出橡皮筋做功的具体数值,只要测出后来各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可,A错误;为了使以后各次实验中橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,必须使每次实验中橡皮筋拉伸的长度保持一致,B错误;为了减小误差,实验中应使木板倾斜以平衡摩擦力,C错误;实验中应先接通电源,然后再释放小车,D正确. .某实验小组采用如图6甲所示的装置探究动能定理,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. 甲 乙 图6 (1)实验中木板略微倾斜,这样做____________(填答案前的字母). A.是为了释放小车后,小车能匀加速下滑 B.是为了增大橡皮筋对小车的弹力 C.是为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 D.是为了使橡皮筋松驰后小车做匀加速运动 (2)若根据多次测量数据画出的W-v草图如图乙所示,根据图线形状可知,对W与v的关系作出的以下猜想肯定不正确的是________. A.W∝ B.W∝ C.W∝v2 D.W∝v3 答案 (1)C (2)AB .为了探究动能定理,现提供如图5-5-12所示的器材,让小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行,请思考探究思路并回答问题(打点计时器所用交流电频率为50 Hz): 图5-5-12 (1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ (2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都应保持一致,我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W. (3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出,如图5-5-13所示是其中四次实验打出的部分纸带. 图5-5-13 (4)试根据第(2)、(3)中的信息,填写下表. 次数1234橡皮筋对小车做功W小车速度v(m/s)v2(m2/s2)从表中数据可得出的结论是_________________________________________ ________________________________________________________________________. 解析:(1)将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度,使小车能够匀速下滑 (4)由匀速运动的速度公式v=,其中x从图上读出分别为2.00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm.t=T==0.02s,即可求出小车的速度. 次数1234橡皮筋对小车做功W2W3W4W小车速度v(m/s)1.001.421.732.00v2(m2/s2)1.002.022.994.00橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比. 答案:见解析 .为了“探究动能定理”,查资料得知,弹簧的弹性势能Ep=kx2,其中k是弹簧的劲度系数,x是弹簧长度的变化量. 某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题. 为了研究方便,把小球O放在水平桌面上做实验,让小球O在弹力作用下运动,即只有弹簧推力做功. 该同学设计实验如下: 首先进行如图5-5-14甲所示的实验:将轻质弹簧竖直挂起来,在弹簧的另一端挂上小球O,静止时测得弹簧的伸长量为d. 图5-5-14 在此步骤中,目的是要确定物理量__________,用m、d、g表示为__________. 接着进行如图乙所示的实验:将这根弹簧水平放在桌面上,一端固定,另一端被小球O压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小球O被推出去,从高为h的水平桌面上抛出,小球O在空中运动的水平距离为L. 小球O的初动能Ek1=__________. 小球O的末动能Ek2=__________. 弹簧对小球O做的功W=__________(用m、x、d、g表示). 对比W和Ek2-Ek1就可以得出“动能定理”,即在实验误差允许范围内,外力所做的功等于物体动能的变化. 解析:在图甲所示的实验中,目的是确定弹簧的劲度系数k,由平衡条件得:mg=kd,即k=. 在图乙所示的实验中,小球的初动能Ek1=0. 又根据小球做平抛运动得: h=gt2 L=vt 所以Ek2=mv2=m(L)2= 弹簧对小球做的功等于弹性势能的减少, 所以W=kx2=. 答案:弹簧劲度系数k 0。