- 探究功与速度变化的关系
- 共56题
为了“探究动能改变与合外力做功”的关系,某同学设计了如下实验方案:
第一步:把带有定滑轮的木板(有滑轮的)一端垫起,把质量为M的滑块通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重锤相连,重锤后连一穿过打点计时器的纸带,调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板向下匀速运动,如图甲所示.
第二步:保持长木板的倾角不变,将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使纸带穿过打点计时器,然后接通电源,释放滑块,使之从静止开始向下加速运动,打出纸带,如图乙所示.打出的纸带如图丙所示.
请回答下列问题:
9.已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为Δt,根据纸带求滑块速度,打点计时器打B点时滑块速度vB=________.
10.已知重锤质量为m,当地的重力加速度为g,要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块________(写出物理名称及符号,只写一个物理量),合外力对滑块做功的表达式W合=________.
11.算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v,以v2为纵轴、W为横轴建立坐标系,描点作出v2-W图像,可知该图像是一条________,根据图像还可求得________.
正确答案
(2分)
解析
匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度,故:vB=
考查方向
解题思路
用平均速度代替瞬时速度去求解AB点的速度;
易错点
主要考查了打点计时器中求瞬时速度的方法,能根据做功公式求出W与v2的关系式,根据图象的斜率求解质量
正确答案
下滑的位移x;mgx (每空各1分)
解析
本题运动过程中,物块受到的合力为重力,要求合力做的功,则还需要测出这一过程滑块运动的位移x,则合外力对滑块做功的表达式W合=mgx,
考查方向
解题思路
合外力为重物的重力,要求出外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块的位移x,根据W=Fx即可求解;
易错点
主要考查了打点计时器中求瞬时速度的方法,能根据做功公式求出W与v2的关系式,根据图象的斜率求解质量
正确答案
过原点的直线;滑块的质量M(每空各1分)
解析
合外力做的功为W=mgx=,
所以v2=,则v2﹣W图象是一条过原点的倾斜的直线,
根据图象课求得直线斜率为k,所以m=,即根据图象可以求得滑块的质量.
考查方向
解题思路
根据做功公式求出W与v2的关系式即可求解.
易错点
主要考查了打点计时器中求瞬时速度的方法,能根据做功公式求出W与v2的关系式,根据图象的斜率求解质量
17.某探究学习小组的同学欲以右图装置中的滑块为对象“验证动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙、天平、刻度尺等。当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块刚好能处于静止状态。
(1)为了消除摩擦力对滑块的影响,实验操作和数据处理过程中,下列方法可行的是
A.在满足沙子的质量m远小于滑块的质量M的条件下,只用沙子的重力代替滑块所受拉力
B.在满足沙子的质量m远小于滑块的质量M的条件下,用沙子和沙桶的总重力代替滑块所受的拉力 C.用小木块适当垫高长木板靠近打点计时器的一端
D.用小木块适当垫高长木板固定滑轮的一端
(2)实验中误差产生的原因有_____、_______。(写出两个原因)
正确答案
(1)C;(2)测量位移有误差,用沙子和沙桶的总重力代替滑块所受的拉力有误差.
解析
(1)在实验中利用平衡摩擦力的方法消除摩擦力的影响,具体做法是用小木块适当垫高长木板靠近打点计时器的一端,用滑块的重力沿斜面的分量与摩擦力平衡,故C正确.(2)实验中误差产生的原因有:测量位移有误差,用沙子和沙桶的总重力代替滑块所受的拉力有误差.
考查方向
本题主要考查探究功与速度变化的关系
解题思路
(1)实验中由于摩擦力的存在,往往将木板一端略微垫高,来平衡摩擦力;
易错点
解答本题要知道“验证动能定理”实验中平衡摩擦力的做法,要求同学们能正确分析实验误差
知识点
22.某兴趣小组通过物块在斜面上运动的试验,探究“合外力做功与物体动能的变化的关系”。 他们的实验装置如图物-9图甲所示,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点时的速度v) ,每次实验,物体从不同高度h处由静止释放,但始终保持斜面底边长L=0.5 m不变。他们最后做出了如图物-9图乙所示的v2-h图像。图像与横轴的交点为0.25。
(1)图像乙不过坐标原点的原因是___________________________________________。
(2)物块与斜面间的滑动摩擦因数μ=________。
(3)若最后得到的图像如图物-9图丙所示,则可能的原因是(写出一个)___________________。
(4)若更换光滑的斜面,重复上述步骤得到如图物-9图乙所示的图像,图像的斜率将________。(填“增大”、“减小”、“不变”)
正确答案
(1)存在摩擦阻力;
(2)0.5;
(3)释放物块时存在初速度(或者是释放位置高度大于h);
(4)不变。
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
21.某课外活动小组利用力传感器和位移传感器进一步探究变力作用下的“动能定理”。如图(甲)所示,他们用力传感器通过定滑轮直接拉固定在小车上的细绳,测出拉力F1用位移传感器测出小车的位移x和瞬时速度v。已知小车质量为200g。
(1)某次实验得到数据如表所示,v-x图象已经画出,如图(乙)所示,请根据表格中数据在坐标纸内图(丙)中画出F-x图象,并求出x=0.30m到0.52m过程中变力F做功W=________J,此过程动能的变化量△EK=________J(保留2位有效数字)。
(2)指出下列情况可减小实验误差的操作是________(填选项前的字母,可能不止一个正确选项)
A.使拉力F要远小于小车的重力
B.使拉力F要远大于小车的重力
C.实验时要先平衡摩擦力
D.要使细绳与滑板表面平行
正确答案
①0.18J 0.17J
②CD
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
9.某实验小组用图甲所示装置“探究功与物体速度变化的关系”。
(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力,应该采用下面所述方法中的________(填入选项前的字母代号)。
A.逐步调节木板的倾斜程度,让小车能够自由下滑
B.逐步调节木板的倾斜程度,让小车在橡皮条作用下开始运动
C.逐步调节木板的倾斜程度,给小车一初速度,让拖着纸带的小车匀速下滑
D.逐步调节木板的倾斜程度,让拖着纸带的小车自由下滑
(2)图乙是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带,已知打点计时器连接的电源的频率为50Hz,则橡皮筋恢复原长时小车的速度为__________m/s(结果保留3 位有效数字)。
正确答案
(1)C
(2)1.40
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
14.某探究学习小组的同学欲验证动能定理,他们在实验室组装了一套如下图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙。当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员,要完成该项实验。
(1)你认为还需要的实验器材有____________。
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙桶的总重力大小基本相等,细沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是__________________________,实验时首先要做的步骤是________________。
(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量为M。往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量为m。让沙桶带动滑块加速运动。用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为______________。(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)
正确答案
(1)天平、刻度尺 (2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量 平衡摩擦力 (3)
解析
(1)由题意可知滑块动能的变化量为:,则验证拉力做功与滑块动能变化量是否相等,即
,所以还需要测量的器材有:天平、刻度尺.
(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,应满足的实验条件是,即沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量,实验时首先要做的步骤是平衡摩擦力.
(3)由(1)可知,实验需要验证的表达式为:
考查方向
探究功与速度变化的关系
解题思路
根据实验原理,得到需要验证的表达式,从而确定需要的器材;根据牛顿第二定律求出拉力和沙桶重力的关系,判断出沙桶总重力等于拉力的条件.
易错点
关键是根据实验原理并结合牛顿第二定律和动能定理来确定要测量的量.
教师点评
本题考查了探究功与速度变化的关系,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与动能定理等知识点交汇命题.
知识点
如图所示的装置可以探究外力做功和物体速度变化的关系。光滑斜槽轨道固定在水平桌面上,将斜槽从底端开始分成长度相等的五等份,使AB=BC=CD=DE=EF,让小球每次从不同等分点处释放,最后落在水平地面上。
8.实验中,若小球从F点释放运动至斜槽水平位置的过程中,重力做的功为W,则小球从B点释放运动至斜槽水平位置的过程中,重力做的功为
9.实验中,小球每次在斜槽上运动的长度记作L,小球做平抛运动的水平位移记作x,通过五组数据描点做出L-x2图象是一条过原点的直线,设小球运动到斜槽底端时的速度为,可以判断,外力做功W与 ▲ (填
或
)成正比,若斜槽的倾角为
,小球抛出点距地面的高度为H,则图象的斜率为
▲ (用H、表示).
正确答案
解析
根据几何关系可知,hFA=5hBA,
对小球从F到A和B到A的两个过程,根据动能定理得:
W=mghFA,W′=mghBA,
解得:
考查方向
动能定理
解题思路
先根据几何关系求出FA的高度与BA高度的关系,再对小球从F到A和B到A的两个过程,根据动能定理列式求解.
易错点
关键理解重力做功的特点.
正确答案
;
解析
小球从A点抛出后做平抛运动,下落的高度相等,则运动时间相等,则小球运动到斜槽底端时的速度
时间相等,所以v与x成正比,而根据图象可知,L与x2成正比,所以L与v2成正比,小球抛出点距地面的高度为H,则运动时间
根据动能定理得:
解得:
则L-x2图象的斜率
考查方向
探究功与速度变化的关系
解题思路
小球从A点抛出后做平抛运动,下落的高度相等,则运动时间相等,则平抛初速度与水平位移成正比,而根据图象可知,L与x2成正比,所以L与v2成正比,根据平抛运动基本公式以及动能定理求出L-x2的关系式,从而求出斜率.
易错点
关键根据平抛运动基本公式以及动能定理求出L-x2的关系式.
某兴趣小组利用如图8所示的装置来
“探究合外力的功与物体动能变化的关系”。
他们通过改变光电门的位置和悬挂物的质
量进行多次实验,采集多组数据。已知将此
装置平衡摩擦后,小车总是由同一位置自由
释放,小车上方固定一宽度为d的挡光板。
11.下列关于操作中的说法,正确的是 。
12.本小组同学在实验中有不同操作和数据处理方式,你认为合理的说法是 。
13.戊同学对实验数据进行分析。他把小车和悬挂物作为研究对象,悬挂物的重力作为合
力,计算出的结果始终是:悬挂物重力做的功小于小车和悬挂物整体动能的增量,即没能
得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”,你认为导致此结果的主要原因是 。
正确答案
解析
A、调整轨道的倾角至合适位置的标志是:小车在不悬挂重物的情况下,在轨道上匀速运动,故A错误;
B、为了使轻绳的拉力可以近似认为等于重物的重力,则要求悬挂物的质量远小于小车的质量,故B正确;
C、实验时应先接通光电门,待其正常工作后,再释放小车,故C正确;
D、多次实验时,由于实验装置只有一个光电门,则要让小车由静止释放,否则不能求出动能的变化量,故D正确,故本题选BCD.
考查方向
探究功与速度变化的关系;实验中常用仪器及其正确操作方法
解题思路
根据平衡摩擦力的原理可知,平衡摩擦力时不能挂重物,只有当悬挂物的质量远小于小车的质量时,才能用重物的重力代替绳子的拉力,实验时应先接通光电门,再释放小车.
易错点
关键理解实验原理,实验前应先平衡摩擦力.
正确答案
解析
A、对小车,根据动能定理得:,应把小车的末速度的平方(v2)作为横坐标,拉力对小车做的功(W)作为纵坐标,作出的图象为直线,进而分析得出结论,故A错误;
B、对小车和重物组成的系统,根据动能定理得:,保持悬挂物的质量不变,应以小车的位移(x)作为纵坐标,以小车的末速度的平方(v2)作为横坐标,作出的图象为直线,进而分析得出结论,故B正确;
CD、对小车和重物组成的系统,根据动能定理得:,保持小车的位移不变,以悬挂物的质量(m′)为纵坐标,以小车和悬挂物的获得的总动能
作为横坐标,作出的图象为直线,进而分析得出结论,故C错误,D正确;
考查方向
探究功与速度变化的关系
解题思路
分别对小车和小车与重物组成的系统为研究对象,应用动能定理列式分析,作图时要作直线图象,只有过原点的直线图象才能得出成正比的关系.
易错点
关键根据实验原理推导图线的纵坐标与横坐标的函数关系.
正确答案
小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开
始运动到挡光板通过光电门的感光点而获得瞬时速度的位移(或答“挡光板的宽度”也可
以)
解析
由于小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点获得瞬时速度的位移,所以悬挂物重力做的功小于小车和悬挂物整体动能的增量.
考查方向
探究功与速度变化的关系
解题思路
实验时,小车前端到光电门的感光点之间的距离x小于小车从开始运动到挡光板通过光电门的感光点的位移,导致了实验误差.
易错点
理解实验原理,分析出实验误差产生的原因.
22.如图甲所示实验着墨,可以测量滑块经过斜面底端的瞬时速度。
(1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d,示数如图乙所示,可读得d= cm;
(2)让装有挡光片的滑块从斜面上端由静止释放,测得它经过光电门时挡片的挡光时间为0.002s,则滑块经过斜面底端时的速度v= m/s(保留二位有效数字);挡光片平行安装于滑块运动的竖直平面,但未与斜面垂直(如图丙),则速度的测量值比真实值偏 (填“大”或“小”)。
(3)若测得滑块下滑高度为h ,水平位移为x ,则可得出滑块与斜面间的动摩擦因数μ= (用符号h.v.x和重力加速度g表示)。
正确答案
(1)1.02(2分);(2)5.1(1分) 小(1分);(3)(2分)
解析
(1)主尺读数为10mm,游标读数是2×0.1mm=0.2mm,故最后读数为:10mm+0.2mm=10.2mm=1.02cm.
(2)用滑块通过的平均速度来代替瞬时速度大小,有:
挡光片平行安装于滑块运动的竖直平面,但未与斜面垂直,当通过光电门时,使得时间变长,然而在求瞬时速度时,仍用挡光片的宽度与变长的时间的比值,导致瞬时速度变小,则速度的测量值比真实值偏小;
(3)设下滑位移为l,根据速度-位移公式有:
v2=2al ,根据牛顿第二定律有:mgsinθ-μmgcosθ=ma
其中,
联立解得:
考查方向
探究小车速度随时间变化的规律
解题思路
(1)游标卡尺的读数方法是主尺读数加上游标读数,注意不需要估读;
(2)由于木块通过光电门的时间很短,因此可以用其通过光电门的平均速度来代替瞬时速度大小,挡光片未与斜面垂直时,导致通过光电门,时间变长,即可分析测量值与真实值的关系;
(3)根据牛顿第二定律写出出表达式,即可求出摩擦因数的大小.
易错点
关键理解实验的原理,掌握游标卡尺的读数方法,会分析误差产生的原因.
教师点评
本题考查了探究小车速度随时间变化的规律,在近几年的各省高考题出现的频率较高,常与纸带的处理,动能定理等知识点交汇命题.
知识点
22.气垫导轨工作时,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,故滑块运动时受到的阻力大大减小,可以忽略不计。为了探究做功与物体动能之间的关系,在气垫导轨上放置一带有遮光片的滑块,滑块的一端与轻弹簧相接,弹簧另一端固定在气垫导轨的一端,将一光电门P固定在气垫导轨底座上适当位置(如图),使弹簧处于自然状态时,滑块上的遮光片刚好位于光电门的挡光位置,与光电门相连的光电计时器可记录遮光片通过光电门时的挡光时间。步骤如下:
①用游标卡尺测量遮光片的宽度d;
②在气垫导轨上适当位置标记一点A(图中未标出,AP间距离远大于d),将滑块A由
静止释放.由光电计时器读出滑块第一次通过光电门时遮光片的挡光时间t;
③利用所测数据求出滑块第一次通过光电门时的速度v;
④更换劲度系数不同而自然长度相同的弹簧重复实验步骤②③,记录弹簧劲度系数及相
应的速度v,如下表所示:
(1)测量遮光片的宽度时游标卡尺读数如右图所示,读得d= ( )cm;
(2)用测量的物理量表示遮光片通过光电门时滑块的速度的表达式v = ( ) ;
(3)已知滑块从A点运动到光电门P处的过程中,弹簧对滑块做的功与弹簧的劲度
系数成正比,根据表中记录的数据,可得出
弹簧对滑块做的功W与滑块通过光电门时
的速度v的关系是( )。
正确答案
(1)0.550(2分) (2)d/t(2分) (3)W与v 2 成正比(2分)
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
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