2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章實(shí)驗(yàn)五探究功與速度變化的關(guān)系學(xué)案含解析

PAGEPAGE1探究功與速度變更的關(guān)系主干梳理對點(diǎn)激活1．探究外力對物體做功與物體速度變更的關(guān)系。2．通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系。1．變更功的大?。翰杉{如圖所示的試驗(yàn)裝置，用1條、2條、3條…規(guī)格相同的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢糜伸o止釋放，橡皮筋拉力對小車所做的功依次為W、2W、3W…。2．測量速度的大?。盒≤嚝@得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出，也可以用其他方法測出。3．確定功與速度變更的關(guān)系：以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度的平方為橫坐標(biāo)，作出W-v2圖線，分析這條圖線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系。小車(前面帶小鉤)、長木板(在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個(gè)鐵釘)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源(運(yùn)用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)不用學(xué)生電源)、導(dǎo)線、5～6條規(guī)格相同的橡皮筋、刻度尺。1．按試驗(yàn)原理圖將試驗(yàn)儀器安裝好。2．平衡摩擦力：在長木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊木塊，反復(fù)移動木塊的位置，直至小車上不掛橡皮筋時(shí)，輕推小車，紙帶打出的點(diǎn)間距勻稱，即小車能勻速運(yùn)動為止。3．先用1條橡皮筋做試驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對小車做的功為W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格。4．用2條橡皮筋做試驗(yàn)，試驗(yàn)中小車的釋放位置與第一次相同，這時(shí)橡皮筋對小車做的功為2W，測出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格。5．用3條、4條…橡皮筋做試驗(yàn)，用同樣的方法測出相應(yīng)速度v3、v4…，并設(shè)橡皮筋對小車做的功為3W、4W…，將數(shù)據(jù)記入表格。1．測量小車的速度：試驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度變更的關(guān)系，須要測量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動的速度，應(yīng)在紙帶上測量的物理量：A1、A3間的距離x，小車速度的表達(dá)式是v＝eq\f(x,2T)(T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔)。2．記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)：把計(jì)算出的速度填入表格中并算出v2的值。橡皮筋條數(shù)橡皮筋的功/W速度v/(m·s－1)速度平方v2/(m2·s－2)3．?dāng)?shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上(如圖所示)畫出W-v2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)。4．試驗(yàn)結(jié)論：從圖象分析可知外力對物體做功與物體速度變更的關(guān)系為W∝v2。1．橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比。應(yīng)選用規(guī)格相同的橡皮筋。2．沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過大帶來誤差。應(yīng)平衡摩擦力適當(dāng)。3．利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測量不準(zhǔn)帶來誤差。應(yīng)多次測量x，求平均值。1．平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車重力沿斜面對下的分力與摩擦阻力平衡。方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的勻稱程度推斷小車是否勻速運(yùn)動，找到一個(gè)合適的傾角。2．選點(diǎn)測速：測小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選點(diǎn)跡勻稱部分的，也就是選小車做勻速運(yùn)動的區(qū)域來計(jì)算速度。3．規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時(shí)，力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出詳細(xì)數(shù)值。4．起先試驗(yàn)時(shí)，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且要先接通電源再釋放小車。5．選擇小車時(shí)，小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些。1．本試驗(yàn)中物體運(yùn)動速度可以運(yùn)用速度傳感器干脆采集，比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器便利快捷且誤差較小。2．可以把長木板換成氣墊導(dǎo)軌，省略平衡摩擦力的操作步驟，達(dá)到簡化試驗(yàn)過程的目的?？键c(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu)考點(diǎn)1試驗(yàn)原理與試驗(yàn)步驟例1(2024·西安模擬)某試驗(yàn)小組采納如圖甲所示的裝置探究功與速度變更的關(guān)系。(1)下列敘述正確的是________。A．每次試驗(yàn)必需設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的詳細(xì)數(shù)值B．每次試驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一樣C．放小車的長木板應(yīng)當(dāng)盡量使其水平D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出(2)試驗(yàn)中，某同學(xué)得到了一條如圖乙所示的紙帶。這條紙帶上的點(diǎn)距并不勻稱，下列說法正確的是________。A．紙帶的左端是與小車相連的B．紙帶的右端是與小車相連的C．利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度D．利用A、B、C、D這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度(3)試驗(yàn)中木板略微傾斜，這樣做________。A．是為了釋放小車后，小車能勻加速下滑B．是為了增大小車下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D．可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動(4)若依據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W－v圖象如圖丙所示，依據(jù)圖線形態(tài)，可知對W與v的關(guān)系符合實(shí)際的是圖丙中的________。嘗試解答(1)D__(2)BD__(3)CD__(4)C。(1)試驗(yàn)是為了探究W與v的關(guān)系，只要W成倍數(shù)增加即可，可采納相同規(guī)格不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功就有倍數(shù)關(guān)系，不必算出W的詳細(xì)數(shù)值，故A、B錯(cuò)誤；為使橡皮筋拉力近似等于小車所受合外力，須要平衡摩擦力，故木板應(yīng)當(dāng)是傾斜的，故C錯(cuò)誤；利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到打點(diǎn)紙帶時(shí)應(yīng)先接通電源，后讓紙帶運(yùn)動，故D正確。(2)紙帶右端點(diǎn)跡密集，故紙帶的右端是與小車相連的，要測量小車速度，應(yīng)當(dāng)選用點(diǎn)跡間距勻稱的部分，即應(yīng)選用紙帶的A、B、C、D部分進(jìn)行測量，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。(3)使木板傾斜，小車受到的摩擦力與小車所受重力沿木板的重量大小相等，在不施加拉力時(shí)，小車在斜面上受到的合力為零，小車可以在斜面上靜止或做勻速直線運(yùn)動；小車與橡皮筋連接后，小車所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確。(4)試驗(yàn)探討發(fā)覺，W與v2成正比，故W與v的圖象應(yīng)當(dāng)是向上彎曲的曲線，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。[變式1]某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變更的關(guān)系”的試驗(yàn)如圖所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條…完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次…試驗(yàn)時(shí)(每次試驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一樣)，每次試驗(yàn)中小車獲得的速度依據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。(1)除了圖中已有的試驗(yàn)器材外，還須要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和________(填“溝通”或“直流”)電源。(2)試驗(yàn)中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是()A．放開小車，能夠自由下滑即可B．放開小車，能夠勻速下滑即可C．放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D．放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是()A．橡皮筋處于原長狀態(tài)B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C．小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D．小車已過兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作狀況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是勻稱的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測量(依據(jù)如圖所示的紙帶回答)。答案(1)溝通(2)D(3)B(4)GJ解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用的是溝通電源。(2)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可，D正確。(3)水平放置木板，放開小車后，小車做加速運(yùn)動，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時(shí)，小車的速度最大，此時(shí)橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車還未過兩鐵釘?shù)倪B線，B正確，A、C、D錯(cuò)誤。(4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點(diǎn)比較勻稱，所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測量?？键c(diǎn)2試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與誤差分析例2某同學(xué)為探究“合力做功與物體動能變更的關(guān)系”設(shè)計(jì)了試驗(yàn)，他的操作步驟如下：①按圖1連接試驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M＝0.20kg，鉤碼總質(zhì)量m＝0.05kg。②釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f＝50Hz)，打出一條紙帶。③他在多次重復(fù)試驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿足的一條，如圖2所示。把打下的第一個(gè)點(diǎn)記作0，然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，用厘米刻度尺測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到點(diǎn)0距離分別為d1＝0.041m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m……(1)他把鉤碼總重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10m/s2)作為小車所受合力，算出打下點(diǎn)0到打下點(diǎn)5過程合力做功W＝________J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，用正確的公式Ek＝________(用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式)把打下點(diǎn)5時(shí)小車的動能作為小車動能的變更量，算得Ek＝0.125J。(2)此次試驗(yàn)探究的結(jié)果，他沒能得到合力對物體做的功等于物體動能的增量這一結(jié)論，且誤差很大。通過反思，他認(rèn)為產(chǎn)生很大誤差的緣由有以下幾條，其中正確的是________(填選項(xiàng)前的字母)。A．鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大太多B．沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大太多C．釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動能增量的測量值比真實(shí)值偏小D．沒有運(yùn)用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的重要緣由嘗試解答(1)0.180eq\f(Mf2,200)(d6－d4)2(2)AB。(1)若用鉤碼的重力作為小車受的合力，則F合＝mg＝0.5N，從打下點(diǎn)0到打下點(diǎn)5，小車的水平位移x＝d5＝0.360m，所以W＝F合x＝0.5×0.360J＝0.180J。打下點(diǎn)5時(shí)小車的動能Ek＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,5)，v5＝eq\f(d6－d4,2Δt)，式中Δt為5個(gè)打點(diǎn)時(shí)間間隔，即Δt＝eq\f(5,f)，故Ek＝eq\f(Mf2,200)(d6－d4)2。(2)從該同學(xué)的試驗(yàn)操作狀況來看，造成很大誤差的主要緣由是把鉤碼的重力當(dāng)成了小車受到的合力，試驗(yàn)前沒有平衡摩擦力，故A、B正確；C、D兩個(gè)選項(xiàng)中提到的問題不能對試驗(yàn)結(jié)果造成重大影響，故C、D錯(cuò)誤。[變式2]某試驗(yàn)小組用圖甲試驗(yàn)裝置探究合力做功與動能變更的關(guān)系。鐵架臺豎直固定放置在水平桌面上，長木板一端放置在水平桌面邊緣P處，另一位置放置在鐵架臺豎直鐵桿上，使長木板傾斜放置，P處放置一光電門，用光電計(jì)時(shí)器記錄滑塊通過光電門時(shí)的擋光時(shí)間。試驗(yàn)步驟是：①用游標(biāo)卡尺測出滑塊的擋光條寬度L，用天平測量滑塊的質(zhì)量m。②平衡摩擦力：以木板放置在水平桌面上的P處為軸，調(diào)整長木板在鐵架臺上的放置位置，使滑塊恰好沿木板向下做勻速運(yùn)動。在鐵架臺豎直桿上登記此位置Q1，用刻度尺測出Q1到水平面的高度H。③保持P位置不變，長木板一端放置在鐵架臺豎直桿Q2處。用刻度尺量出Q1Q2的距離h1，將滑塊從Q2位置由靜止釋放，由光電門計(jì)時(shí)器讀出滑塊的擋光時(shí)間t1。④保持P位置不變，重新調(diào)整長木板一端在鐵架臺上的放置位置，重復(fù)步驟③數(shù)次。Ⅰ.滑塊沿長木板由Q2運(yùn)動到P的過程中，用測量的物理量回答下列問題(已知重力加速度為g)：(1)滑塊通過光電門的速度v＝________。(2)滑塊動能的變更量ΔEk＝________。(3)滑塊克服摩擦力做的功Wf＝________。(4)合力對滑塊做的功W合＝________。Ⅱ.某學(xué)生以木板在鐵架臺豎直桿上的放置位置到Q1的距離h為橫坐標(biāo)，以滑塊通過光電門的擋光時(shí)間平方的倒數(shù)eq\f(1,t2)為縱坐標(biāo)，依據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖中描點(diǎn)畫出如圖乙所示直線，直線延長線沒有過坐標(biāo)原點(diǎn)，其緣由主要是______________________________。答案Ⅰ.(1)eq\f(L,t1)(2)eq\f(1,2)meq\f(L2,t\o\al(2,1))(3)mgH(4)mgh1Ⅱ.平衡摩擦力傾角過大解析Ⅰ.滑塊擋光條很窄，擋光時(shí)間很短，eq\f(L,t1)就能表示瞬時(shí)速度v，滑塊動能變更量ΔEk＝eq\f(1,2)mv2－0＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,t1)))2；因?yàn)閺腝1滑下和從Q2滑下時(shí)水平位移相同，而克服摩擦力做功為μmgcosθ·s＝μmg·sx，故克服摩擦力做功相同，所以克服摩擦力做的功Wf等于從Q1滑下時(shí)重力勢能的削減量mgH；因?yàn)橐呀?jīng)平衡了摩擦力，因此合外力做功為mgh1＋mgH－Wf＝mgh1；Ⅱ.由動能定理可知mgh＋mgH－Wf＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(L,t)))2，直線延長線沒有過坐標(biāo)原點(diǎn)且h＝0時(shí)就有動能增量，即mgH－Wf>0，這是平衡摩擦力傾角過大的原因?？键c(diǎn)3創(chuàng)新試驗(yàn)設(shè)計(jì)1．創(chuàng)新情景↓↓↓↓↓↓2．創(chuàng)新解讀(1)合外力的功：橡皮筋拉力做功→斜面上重力分力和摩擦力的合力做功→重物重力做功→細(xì)繩的拉力做功。(2)速度的測量方法：測量紙帶勻速運(yùn)動速度→用自由落體法計(jì)算速度→測量紙帶上各點(diǎn)速度→光電門測速度v＝eq\f(d,Δt)→速度傳感器干脆顯示速度大小。(3)摩擦阻力問題：靠小車重力的下滑分力平衡摩擦力→包括在合力內(nèi)→自由下落減小阻力→氣墊導(dǎo)軌減小摩擦力。例3(2024·湖北八市聯(lián)考)某試驗(yàn)小組用如圖所示的裝置探究功和速度變更的關(guān)系：將小鋼球從固定軌道傾斜部分不同位置由靜止釋放，經(jīng)軌道末端水平飛出，落到鋪著白紙和復(fù)寫紙的水平地面上，在白紙上留下點(diǎn)跡。為了使問題簡化，小鋼球在離傾斜軌道底端的距離分別為L、2L、3L……處釋放，這樣在軌道傾斜部分合外力對小鋼球做的功就可以分別記為W0、2W0、3W(1)為了減小試驗(yàn)誤差須要進(jìn)行多次測量，在L、2L、3______________________。(2)為了探究功和速度變更的關(guān)系，試驗(yàn)中必需測量________。(填選項(xiàng)前的標(biāo)號)A．小鋼球釋放位置離斜面底端的距離L的詳細(xì)數(shù)值B．小鋼球的質(zhì)量mC．小鋼球離開軌道后的下落高度hD．小鋼球離開軌道后的水平位移x(3)該試驗(yàn)小組利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了如圖所示的圖象，則圖象的橫坐標(biāo)是________(用試驗(yàn)中測量的物理量符號表示)。嘗試解答(1)用完可能小的圓圈住盡量多的落點(diǎn)，圓心即為平均落點(diǎn)的位置__(2)D__(3)x2。(1)確定在同一位置釋放的小鋼球在白紙上的平均落點(diǎn)位置的方法是用完可能小的圓圈住盡量多的落點(diǎn)，圓心即為平均落點(diǎn)的位置。(2)設(shè)小球經(jīng)軌道末端水平飛出的速度為v，由動能定理得W＝eq\f(1,2)mv2，飛出后小球做平拋運(yùn)動，h＝eq\f(1,2)gt2，x＝vt，所以W＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(mg,4h)x2，因?yàn)樾∏虻馁|(zhì)量不變，水平飛出的高度h不變，所以只須要測量離開軌道后的水平位移x，故D正確。(3)由第(2)問可知W∝x2，所以橫坐標(biāo)是x2。[變式3](2024·武昌調(diào)研)某探討性學(xué)習(xí)小組用如圖所示的裝置來驗(yàn)證動能定理，已知在水平桌面上有如下試驗(yàn)器材：帶兩個(gè)光電門的氣墊導(dǎo)軌(可認(rèn)為通氣后無摩擦阻力)、帶遮光片的滑塊、規(guī)格相同的長方體墊塊若干、連接光電門的采集設(shè)備。他們進(jìn)行了如下試驗(yàn)操作：①調(diào)整并固定兩光電門，并測出兩光電門中心間距為l；②調(diào)整氣墊導(dǎo)軌下面的可調(diào)螺母A和B，使氣墊導(dǎo)軌水平，然后用1個(gè)墊塊墊在螺母A下方、螺母B放在水平桌面上，使導(dǎo)軌傾斜，并給氣墊導(dǎo)軌通氣；③將滑塊置于導(dǎo)軌上端由靜止釋放，并分別記錄滑塊上的遮光片通過光電門1、2的時(shí)間t11和t21；④再分別用2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)墊塊整齊疊放后墊在螺母A的下方，螺母B始終放在水平桌面上，重復(fù)操作③。(1)還需測量的物理量有________。A．遮光片的寬度dB．螺母A和B中心間的距離LC．滑塊(含遮光片)的質(zhì)量mD．每個(gè)墊塊的厚度(即墊起高度)h(2)第一次執(zhí)行操作③，可計(jì)算出滑塊通過光電門1、2的平均速度v1＝________、v2＝________，由于遮光片寬度d很小，可認(rèn)為平均速度即為過光電門中心的瞬時(shí)速度(用測量的物理量表示)。(3)墊2個(gè)墊塊和墊3個(gè)墊塊，滑塊通過位移l的過程中，合力對滑塊所做的功分別為W2和W3，那么W2∶W3＝________。(4)當(dāng)墊1個(gè)墊塊時(shí)，要驗(yàn)證動能定理就須要驗(yàn)證的表達(dá)式為：______________(用測量的物理量表示)。答案(1)ABD(2)eq\f(d,t11)eq\f(d,t21)(3)2∶3(4)eq\f(glh,L)＝eq\f(1,2)eq\f(d,t21)2－eq\f(1,2)eq\f(d,t11)2解析(1)由動能定理mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，H＝lsinα＝leq\f(hAB,L)，v1＝eq\f(d,t11)，v2＝eq\f(d,t21)，整理得eq\f(glhAB,L)＝eq\f(1,2)eq\f(d,t21)2－eq\f(1,2)eq\f(d,t11)2，因此還需測量的物理量有A、B、D。(2)由于遮光片的擋光時(shí)間極短，則擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時(shí)速度，即v1＝eq\f(d,t11)、v2＝eq\f(d,t21)。(3)墊兩個(gè)墊塊時(shí)，合力所做的功為W2＝mgl·eq\f(2h,L)；墊三個(gè)墊塊時(shí)，合力所做的功為W3＝mgl·eq\f(3h,L)，整理得W2∶W3＝2∶3。(4)當(dāng)墊一個(gè)墊塊時(shí)，假如eq\f(glh,L)＝eq\f(1,2)eq\f(d,t21)2－eq\f(1,2)eq\f(d,t11)2成立，則動能定理就得以驗(yàn)證。高考模擬隨堂集訓(xùn)1．(2024·北京高考)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運(yùn)動，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動狀況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的試驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用的電源是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．直流電源B．溝通電源(2)試驗(yàn)中，須要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是______(選填選項(xiàng)前的字母)。A．把長木板右端墊高B．變更小車的質(zhì)量在不掛重物且________(選填選項(xiàng)前的字母)的狀況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動，表明已經(jīng)消退了摩擦力和其他阻力的影響。A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。試驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對小車做的功W＝______，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v＝________。(4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2-W圖象。由此圖象可得v2隨W變更的表達(dá)式為________。依據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析試驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是________。(5)假設(shè)已經(jīng)完全消退了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2-W關(guān)系的是________。答案(1)B(2)AB(3)mgx2eq\f(x3－x1,2T)(4)v2＝4.7W(4.5W～5.0W均認(rèn)為正確)質(zhì)量(5)A解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用交變電流，故應(yīng)選用溝通電源。(2)平衡摩擦力和其他阻力時(shí)應(yīng)墊高長木板右端，使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打點(diǎn)時(shí)振針與紙帶之間的摩擦，故須要在打點(diǎn)狀態(tài)下推斷是否達(dá)到平衡要求。(3)由做功公式知：W＝mgx2；利用勻變速直線運(yùn)動中間時(shí)刻的速度等于本段時(shí)間內(nèi)的平均速度知，B點(diǎn)速度等于AC段的平均速度，vB＝eq\f(x3－x1,2T)。(4)依據(jù)圖線，關(guān)系式寫為v2＝kW＋b，在直線上取兩點(diǎn)，如(1.4×10－2,0.07)(8×10－2,0.38)，代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作圖誤差允許的范圍內(nèi)，表達(dá)式可寫為v2＝4.7W。把功的單位用基本單位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，簡單得出與圖線斜率有關(guān)的物理量單位為kg－1，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量。(5)依據(jù)功能關(guān)系有W＝eq\f(M＋m,2)v2，v2-W圖線仍為過原點(diǎn)的直線，A正確。2．(2024·江蘇高考)利用如圖1所示的試驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動能變更的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M＝200.0g，鉤碼的質(zhì)量為m＝10.0g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的溝通電。(1)掛鉤碼前，為了消退摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)整木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車視察到____________________。(2)掛上鉤碼，按試驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離Δx，記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1＝________m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對小車做的功W。利用Ek＝eq\f(1,2)Mv2算出小車動能，并求出動能的變更量ΔEk。計(jì)算結(jié)果見下表。W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00請依據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖3中作出ΔEk-W圖象。(4)試驗(yàn)結(jié)果表明，ΔEk總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F＝________N。答案(1)小車做勻速運(yùn)動(2)0.228(3)圖見解析(4)0.093解析(1)完全平衡摩擦力的標(biāo)記是輕推小車，小車做勻速運(yùn)動。(2)兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T＝5×0.02s＝0.1sv1＝eq\f(xO2,2T)＝eq\f(2.06＋2.50×0.01,2×0.1)m/s＝0.228m/s。(3)確定標(biāo)度，依據(jù)給出數(shù)據(jù)描點(diǎn)。作圖如圖所示。(4)對小車有：F＝Ma，對鉤碼有：mg－F＝ma，聯(lián)立得：F＝eq\f(M,M＋m)mg，代入數(shù)據(jù)得：F≈0.093N。3．(2024·湖北四校聯(lián)考)利用如圖甲所示的試驗(yàn)裝置“探究合外力做的功和速度的關(guān)系”，氣墊導(dǎo)軌上安裝有光電門，在滑