- 实验：探究功与速度变化的关系
- 共351题
实验室备有如下器材：小钢球、轻质弹簧、毫米刻度尺、天平，小钢球放在竖直弹簧上处于静止状态，如图所示。请你利用此装置和上述器材，设计一些实验，并写出你所要解决的问题、方法步骤以及可能的结论。
正确答案
“略”
某实验小组采用如图所示的装置探究功与速度的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行。打点计时器工作频率为50Hz。
（1）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
（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条……，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车。把第1次只挂1条橡皮筋对小车做的功记为，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2，……；橡皮筋对小车做功后而获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出。根据第4次实验的纸带（如图所示）求得小车获得的速度为 m/s。
（3）若根据多次测量数据画出的－图象如图所示，根据图线形状可知，对与的关系作出猜想肯定不正确的是 。
A．
B．
C．
D．
（4）如果W∝v2的猜想是正确的，则画出的－2图象应是 。
正确答案
（1）CD
（2）2
（3）AB
（4）过原点的一条直线
在“探究功与速度变化的关系”的实验中，为什么要平衡摩擦力？怎样平衡摩擦力？
正确答案
答：当小车在木板上滑动时，摩擦力对物体做负功，因此，合外力的功不等于弹力所做的功，所以必须想办法将摩擦力平衡掉。方法是抬高木板的一端，在不加橡皮筋时，给小车一个初速度，看小车能否做匀速直线运动，如果不做匀速直线运动，重新调整高度，直到小车做匀速直线运动。这个过程中实质上是让重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。
如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是 （ ）
正确答案
（1）A、为了保证小车的动能都是橡皮筋做功的结果，必须平衡摩擦力，长木板要适当的倾斜，故A错误；
B、该实验中利用相同橡皮筋形变量相同时对小车做功相同，通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，这个设计很巧妙地解决了直接去测量力和计算功的困难，故B正确；
C、橡皮筋伸长的长度在逐渐较小，所以弹力也在逐渐减小，小车作加速度减小的加速运动，在橡皮筋恢复原长后，小车受力平衡，将做匀速直线运动．故C错误；
D、当橡皮筋恢复原长时，小车合外力为零，做匀速运动，此时速度最大，因此此时速度即为小车最终获得的速度，故D正确．
故选B、D
科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究。下面我们追寻科学家的研究足迹用实验探究恒力做功和物体动能变化之间的关系。
（1）某同学的实验设计方案如图所示，该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，为此，实验时在安装正确、操作规范的前提下（已平衡摩擦力）还需要满足的条件是：____。
（2）下图是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是该同学确定的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。间距如图，则打C点时小车的速度为____；要验证合外力的功与动能变化间的关系，除位移、速度外，还要测出的物理量有____。
正确答案
（1）钩码的重力远小于小车的总重力
（2）
在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，小车的运动应该是__ ，因此，纸带上打出的点的分布情况应该是___ ，可由___ 部分求出小车获得的速度。
正确答案
变速的，不均匀的，点分布均匀的
（单选）如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是 （ ）
正确答案
A、橡皮筋完全相同，通过增加橡皮筋的条数来使功倍增，因此不需要计算橡皮筋每次对小车做功的具体数值，故A错误；
B、该实验中利用相同橡皮筋形变量相同时对小车做功相同，通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，这个设计很巧妙地解决了直接去测量力和计算功的困难．故B正确；
C、橡皮筋伸长的长度在逐渐较小，所以弹力也在逐渐减小，小车作加速度减小的加速运动，在橡皮筋恢复原长后，小车受力平衡，将做匀速直线运动．故C错误；
故选：B
“探究动能定理”的实验装置如图甲所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0。当用4条、6条、8条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0……，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出。
（1）关于该实验，下列说法正确的是___________。
A．打点计时器可以用直流电源供电，电压为4~6V
B．实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等
C．每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出
D．利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次做出W-vm、W-vm2、W-vm3、W2-vm、W3-vm……的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系
（2）图乙给出了某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得O点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA=5.65cm，OB=7.12cm，OC=8.78cm，OD=10.40cm，OE=11.91cm。已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度vm=___________m/s。
正确答案
（1）CD
（2）0.83
在探究“恒力做功和物体动能变化之间的关系”的实验中．
（1）某同学的实验设计方案如图甲所示，该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，实验时在安装正确、操作规范的前提下（已平衡摩擦力）还需要满足的条件：______
（2）实验中，除位移、速度外，还要测出的物理量有：______
（3）在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50Hz．某同学打出的一段纸带如图乙所示，则小车匀速运动时的速度大小为______m/s．（计算结果保留3位有效数字）
正确答案
（1）小车在水平方向上受绳的拉力和摩擦力，想用钩码的重力表示小车受到的合外力，首先需要平衡摩擦力；
其次：设小车质量M，钩码质量m，整体的加速度为a，绳上的拉力为F，则：对小车有：F=Ma；对钩码有：mg-F=ma，即：mg=（M+m）a；
如果用钩码的重力表示小车受到的合外力，则要求：Ma=（M+m）a，必须要满足钩码的质量远小于小车的总质量，这样两者才能近似相等．
故答案为：钩码的重力远小于小车的总重力．
（2）验证合外力的功与动能变化间的关系的原理：mgx=
故答案为：钩码的重力和小车的总质量．
（3）最后匀速的读数就为最大速度，由纸带可知，CE之间的速度即为最后匀速速度
v=
故答案为：1.40．
学校开展研究性学习，某同学为了探究杆子转动时的动能表达式，设计了如图示的实验：质量为m的均匀长直杆一端固定在转轴O处，杆由水平位置静止释放，用置于圆弧上某位置的光电门测出另一端A经过该位置时的瞬时速度vA，并记下该位置与转轴O的高度差h．
（1）该同学用20分度的游标卡尺测得长直杆的横截面的直径如图为______mm．
（2）调节光电门在圆弧上的位置，测得多组数据如表格所示．请
选择适当的数据处理方法，猜想并写出vA与h的函数关系等式______．
（3）当地重力加速度g取10m/s2，不计一切摩擦，结合你找出的函数关系式，根据守恒规律写出此杆转动时动能的表达式EK=______（请用数字、质量m、速度vA表示）．
（4）为了减小空气阻力对实验的影响，请提出一条可行性措施______．
正确答案
（1）游标卡尺的主尺读数为7mm，游标尺上第5条刻度线和主尺上某一刻度线对齐，所以游标读数为5×0.05mm=0.25mm，所以最终读数为：7mm+0.25mm=7.25mm．
（2）质点的动能与速度的平方成正比，故可以求出速度的平方，如下表：
由上述表格得到：vA2=30h；
（3）设杆长L，杆转动的角速度为：ω=
在杆上取△x长度微元，设其离O点间距为x，其动能为：
积分得到：EK=
（4）为了减小空气阻力对实验的影响，选择密度较大的直杆或选择直径较小的直杆．
故答案为：
（1）7.25
（2）vA2=30h
（3）
（4）选择密度较大的直杆或选择直径较小的直杆．
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