人教版高中物理必修二检测：课时训练18实验探究功与速度变化的关系 word版含答案

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课时训练 18 实验:探究功与速度变化的关系 题组一 实验原理的理解 1.在利用橡皮筋“探究功与物体速度变化关系”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:橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功,小车做匀速运动,纸带上的点间距是均匀的,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,在这种情况下应选用更长的纸带,或者是因为没有完全平衡摩擦力,需重 新平衡摩擦力,故 D 错。 答案:A 2.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 ( ) A.橡皮筋做的功可以直接测量 B.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 C.橡皮筋在小车运动的全程中始终做功 D.把橡皮筋拉伸为原来的两倍,橡皮筋做功也增加为原来的两倍 解析:橡皮筋做的功等于橡皮筋所释放的弹性势能,但无法直接测量,橡皮筋的条数成倍增加, 弹性势能也会成倍增加,即做功成倍增加,但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功, 故 A、C 错,B 对。橡皮筋的弹性势能与形变量不成正比,当拉伸为原来的两倍时,橡皮筋做的 功不会变为原来的两倍,故 D 错。 答案:B 3.我们知道,重力势能的变化与重力做功密切相关,弹性势能的变化与弹力做功密切相关。那 么,请你猜测动能的变化与什么力做功密切相关呢( ) A.动力 B.阻力 C.合外力 D.不能确定 解析:物体动能的变化与它的速度的变化是密切相关的,而物体速度的变化又与加速度和时间 有关,加速度的大小是取决于物体所受的合外力,所以可以猜测,动能的变化应该与合外力做 功密切相关。 答案:C 题组二 实验操作及注意事项 4.在探究力对物体做的功与物体速度的关系的实验中,有关小车质量的选择,下列说法正确的 是( ) A.小车质量应该尽量小一些 B.小车质量应该大一些 C.与小车质量无关 D.以上说法都不对 解析:如果小车质量太小,当用多条橡皮筋时,小车运动速度过大,可能使纸带上打出的点数太 少,难以找到合适的点计算小车的速度。 答案:B 5.在探究功与物体速度变化的关系实验中得到如图所示的一条纸带,则应根据哪段来计算小 车获得的速度?为什么? 解析:求小车的速度时应根据 4~6 点来计算。因为小车从静止开始先做变速运动,从题图中可 看出,0~3 点小车一直在加速,第 3 点到第 4 点间不能确定小车加速完毕的时刻。4~6 点比较 均匀,认为是匀速运动,所以速度 v=,其中 s46 为纸带上第 4 点到第 6 点的距离,T 为相邻两点间 的时间间隔。 答案:应根据 4~6 点来计算,得到的速度是。因为 4~6 点间距比较均匀。 题组三 数据处理及误差分析 6.在探究功与速度变化关系的实验中作出的 W-v 曲线,应为( ) 解析:W∝v2,W-v 图象应为开口向上的抛物线。 答案:B 7.(多选)在“探究功与物体速度变化关系”的实验中,某同学在一次实验中得到了一条如图所 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( ) A.释放小车后才通电打点 B.木板倾斜程度太大 C.木板倾斜程度太小 D.忘记平衡摩擦力 解析:从所打出的纸带上的点迹可以看出,小车先做加速运动,这是由于橡皮筋恢复原长前不 断对小车做功;小车后来做减速运动,表明小车的合力为阻力,这是因为实验时忘记了平衡摩 擦力,或由于木板一端垫得太低致使摩擦力平衡得不够。故选项 C、D 正确。 答案:CD (建议用时:30 分钟) 1.(多选)在“探究做功与物体速度变化的关系”的实验中,下列叙述正确的是( ) A.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 B.放小车的长木板应该尽量保持水平 C.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 D.实验中打出的纸带应取点迹均匀的部分计算小车弹出后的速度 解析:我们用橡皮筋拉动小车的方法来探究橡皮筋的拉力对小车所做的功与小车速度变化的 关系。实验时,每次保持橡皮筋的形变量一定,当有 n 根相同橡皮筋并系在小车上时,n 根相同 橡皮筋对小车做的功就等于系一根橡皮筋时对小车做的功的 n 倍,所以每次实验中,橡皮筋拉 伸的长度必须要保持一致,故 A 错误;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,长木板要适当倾斜,故 B 错误;根据打点计时器的使用规则可知 C 正确;实验中我们要 知道小车获得的最大速度,即橡皮筋做完功时的速度,所以应该对应纸带上点迹均匀的部分计 算速度,D 正确。 答案:CD 2.对于橡皮筋做的功来说,直接测量是有困难的。我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题 的解决,只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍,使用的方法是 ( ) A.用同样的力对小车做功,让小车通过的距离依次为 s、2s、3s…进行第 1 次、第 2 次、第 3 次……实验时,力对小车做的功就是 W、2W、3W… B.让小车通过相同的距离,第 1 次力为 F、第 2 次力为 2F、第 3 次为 3F……实验时,力对小车 做的功就是 W、2W、3W… C.选用同样的橡皮筋,在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致,当用 1 条、2 条、3 条……同 样的橡皮筋进行第 1 次、第 2 次、第 3 次……实验时,橡皮筋对小车做的功就是 W、2W、3W… D.利用弹簧测力计测量对小车的拉力 F,利用刻度尺测量小车在力作用下移动的距离 s,便可 以求出每次实验中力对小车做的功,可控制为 W、2W、3W… 解析:实际操作第一次用一根橡皮筋,以后各次分别用 2 根、3 根……且每次拉到同样的长度, 即能得到 W、2W、3W……的功。 答案:C 3.图为探究力对物体做功与物体速度的关系的装置图,在实验中每次橡皮筋的拉伸长度都保 持不变,这样每次橡皮筋( ) A.做的功一样 B.每条橡皮筋产生的弹性势能相同 C.产生的动能相同 D.产生的重力势能相同 解析:实验中每次橡皮筋的条数不同,所以对小车做的功不同,小车产生的动能不同,但每条橡 皮筋产生的弹性势能相同,所以 B 项正确。 答案:B 4.如图所示为与小车相连穿过打点计时器的一条纸带,纸带上的点并不都是均匀的,下面说法 正确的是( ) ①纸带的左端是与小车相连的 ②纸带的右端是与小车相连的 ③利用 E、F、G、H、I、J 这些点之间的距离来确定小车的速度 ④利用 A、B、C、D 这些点之间的距离来确定小车的速度 A.①③ B.②④ C.①④ D.②③ 解析:刚开始释放时,与小车相连的一端打出的点应比较密集,且点的间距逐渐变大,故右端与 小车相连;为确定小车速度应选取间距均匀的点,这时橡皮筋已停止对小车的作用,故②和④ 正确。 答案:B 5.(多选)在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中,根据所获得的数据,使用作图软件作图, 则下列图线可能正确的是( ) 解析:由本节实验结论可知 W∝v2,由此可知,选项 A 对。以 W 为横坐标、以 v 为纵坐标,由于 v∝,v-W 图线应为一开口向下的抛物线,选项 B 错。以 W 为纵坐标、以 v 为横坐标,W-v 图线 应为一开口向上的抛物线,选项 C 对。以 W 为纵坐标、以为横坐标,W-图线应为一反比例函 数图线,选项 D 错。 答案:AC 6. (多选)某研究性学习小组觉得教材中实验的测量过程较复杂,改进如下:如图所示,将教材中实 验的长木板放在桌面的边缘,小车的前端放一小球,小车在橡皮筋作用下加速运动,到桌面边 缘后小车在挡板作用下停止运动,小球做平抛运动,测出橡皮筋的条数为 1、2、3、…、n 时小 球的平抛距离 x1、x2、x3、…、xn,则 ( ) A.如果忽略一切摩擦,x∝n(n 为橡皮筋的条数) B.如果忽略一切摩擦,x2∝n(n 为橡皮筋的条数) C.该实验中小车受到的摩擦力可以通过倾斜木板的方法平衡而不产生新的误差 D.该实验中倾斜木板会产生误差 解析:由 W∝v2、x∝v、W∝n 得 x2∝n,选项 A 错误,B 正确;该实验应用了平抛运动的规律,如 果木板倾斜,则变为斜抛,将产生误差,选项 C 错误,D 正确。 答案:BD 7.某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示,图中小车是在一条橡皮筋作用 下弹出的,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(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根据打点计时器所打的纸带上的点计算出。 (1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和 (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,应选用纸 带的 部分进行测量(根据如图所示的纸带回答)。 解析:(1)打点计时器使用的是交流电源;(2)平衡摩擦力时,应将纸带穿过打点计时器,放开拖着 纸带的小车,小车能够匀速下滑即可,故 D 正确;(3)放开小车后,小车做加速运动,当橡皮筋的拉 力大小等于摩擦力大小时,小车的速度最大,此时橡皮筋仍处于伸长状态,B 正确;(4)从纸带上 看,纸带的 GJ 段打点比较均匀,所以应选用纸带的 GJ 段进行测量。 答案:(1)交流 (2)D (3)B (4)GJ 8.质量为 1 kg 的重锤自由下落,通过打点计时器在纸带上记录运动过程,打点计时器所接电源 为 6 V、50 Hz 的交流电源。如图甲所示,纸带上 O 点为重锤自由下落时纸带打点起点,选取 的计数点 A、B、C、D、E、F、G 依次间隔一个点(图中未画出),各计数点与 O 点距离依次 为 31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2,单位为 mm,重力加速度取 9.8 m/s2。则: (1)求出 B、C、D、E、F 各点速度并填入下表: 计数点 BCDEF 速 度 (m·s-1) (2)求出物体下落时,从 O 点到图中各点过程中重力所做的功: 计 数 点 BCDEF 功(J) (3)选择适当坐标轴,在图乙中画出物体重力做的功与物体速度之间的关系。图中纵坐标表 示 ,横坐标表示 ,由图可得重力所做的功与 成 关系。 解析:(1)各点速度由公式 v=求出。 vB= m/s≈1.18 m/s 同理 vC≈1.57 m/s,vD≈1.96 m/s,vE≈2.35 m/s,vF≈2.74 m/s。 (2)重力做的功由 W=mgΔx 求出。 WB=mg=1×9.8×70.6×10-3 J≈0.69 J 同理 WC≈1.23 J,WD≈1.92 J,WE≈2.76 J,WF≈3.76 J。 (3)以重力做的功 W 为纵坐标、以 v2 为横坐标建立坐标系,作出 W-v2 图象,由图象看出 W 与 v2 成正比。 答案:(1)(2)见解析 (3)图见解析 重力做的功 物体速度的二次方 物体速度的二次方 正比