2022届高三物理一轮基础复习：实验探究功与速度变化的关系基础训练

探究功与速度变化的关系基础训练 非选择题 1．某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图 1 所示， 图 1 中小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，该过程中橡皮筋 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在纸带上的点 进行计算． (1)除了图 1 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)如图 2 所示是某次操作正确的情况下，在频率为 50 Hz 的电源下 打点计时器记录的一条纸带，为了测量小车获得的最大速度应选用纸 带的________(填“A～F”或“F～I”)部分进行测量，速度大小为 ________m/s. 2．(2019·江苏)某兴趣小组用如题图 1 所示的装置验证动能定理． (1)有两种工作频率均为 50 Hz 的打点计时器供实验选用： A．电磁打点计时器 B．电火花打点计时器 为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或 “B”)； (2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器 的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入砂子， 直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学 乙认为还应从盘中取出适量砂子，直至轻推小车观察到小车做匀速运 动．看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)； (3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电 源，松开小车，小车运动；纸带被打出一系列点，其中的一段如图 2 所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA＝________m/s； (4)测出小车的质量为 M，再测出纸带上起点到 A 点的距离为 L.小车 动能的变化量可用ΔEk＝1 2MvA 2 算出．砝码盘中砝码的质量为 m，重力 加速度为 g；实验中，小车的质量应________(选填“远大于”“远 小于”或“接近”)砝码、砝码盘和砂子的总质量，小车所受合力做 的功可用 W＝mgL 算出，多次测量，若 W 与ΔEk 基本相等则验证了动 能定理． 3．(2020·重庆三模)某学习小组利用图 1 装置探究系统动能定理．在 水平桌面上，将带有滑轮的长木板适当倾斜放在长木板上 P 位置固定 有光电门(与之连接的光电计时器没有画出)，小车(含挡光片)质量为 M，实验步骤如下： (1)用游标卡尺测量挡光片的宽度 d，如图 2 所示，则 d＝________cm. (2)调整长木板倾角至小车能在木板上匀速下滑，这样做的目的是为 了________． (3)将质量为 m 的钩码用轻绳通过滑轮与小车连接，调节滑轮，使轻 绳与长木板平行． (4)将小车置于挡光片与光电门距离为 L 的 O 处，使小车和钩码均静 止且轻绳绷直，然后小车和钩码均从静止开始无初速度释放，记录挡 光片通过光电门的时间为Δt.已知当地的重力加速度为 g. (5)若小车和钩码系统动能定理成立，需在实验误差允许范围内，满 足关系式：________________(用题给物理符号表示)． 4.(2020·广东模拟)某同学利用如图所示的装置研 究功与速度变化的关系．长木板一端略抬高，将轻 弹簧左端固定在长木板的一端，右端与安装有挡光片的小滑块相连， 在弹簧原长处固定一光电门，已知弹簧的弹性势能 Ep 与形变量Δx 的 关系为 Ep＝1 2k(Δx)2 ①用力压缩弹簧后将小滑块由静止释放，记录弹簧压缩量Δx 及挡光 时间Δt； ②改变弹簧压缩量重复①中操作，得到几组对应数据； ③以Δx 为纵轴，以 1 Δt为横轴，描点作图．回答下列问题： (1)将长木板一端抬高的目的是__________________________，实验 过程中________(填“需要”或“不需要”)测量挡光片的宽度． (2)若已知弹簧弹力做功 W＝－ΔEp，③中得到的图线为________时， 则可证明在实验误差允许范围内，在初速度为 0 的情况下，做功 W 与 速度 v 之间满足 W∝v2 的关系． 5.(2020·广西一模)利用如图所示的装置探究动能定 理．将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置， 在木板上依次固定好白纸、复写纸，将小球从不同的 标记点由静止释放．记录标记点到斜槽底端的高度 H，并根据落点位 置测量出小球离开斜槽后的竖直位移 y，改变小球在斜槽上的释放位 置，在斜槽比较光滑的情况下进行多次测量，已知重力加速度为 g， 记录数据如下： 高度 H(h 为 单位长度) h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 竖直位移 y/cm 30. 0 15. 0 10. 0 7.5 6.0 5.0 4.3 (1)小球从标记点滑到斜槽底端的过程，速度的变化量为________(用 x、y、g 表示)； (2)已知木板与斜槽末端的水平距离为 x，小球从标记点到达斜槽底 端的高度为 H，测得小球在离开斜槽后的竖直位移为 y，不计小球与 槽之间的摩擦及小球从斜槽滑到切线水平的末端的能量损失．小球从 斜槽上滑到斜槽底端的过程中，若动能定理成立，则应满足的关系式 是________； (3)保持 x 不变，若想利用图象直观得到实验结论，最好应以 H 为纵 坐标，以________为横坐标，描点画图． 6．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，以此验证小车的运动符合动能定理．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、天平、刻度尺等，组 装的实验装置如下图所示． (1)为使细线对小车的拉力可认为是小车受到的合力，除了要让细线 与长木板平行，实验前还需平衡摩擦力，具体的操作步骤是________ ________________；而实验时还须保证小车质量远大于钩码质量，这 样做是为了____________________________． (2)如图为某次实验打出纸带的一部分，若钩码的质量为 m，小车的 质量为 M，打点计时器的打点周期为 T，重力加速度为 g，则用纸带 上标出的测量长度及上述物理量写出验证动能定理的表达式，应为 ________________． 7．(2020·江苏模拟)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，设计了如图所示的实验：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乙 示数为________mm. (2)调节 h 的大小并记录对应的速度 vA，数据如下表． 组次 1 2 3 4 5 6 h/m 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 vA/(m·s－1) 1.23 1.73 2.12 2.46 2.74 3.00 vA －1/(s·m－1) 0.81 0.58 0.47 0.41 0.36 0.33 vA 2/(m2·s－2) 1.50 3.00 4.50 6.05 7.51 9.00 为了形象直观地反映 vA 和 h 的关系，请选择适当的纵坐标并画出图 象． (3)当地重力加速度 g 取 10 m/s2，不计一切摩擦．请根据能量守恒定 律并结合你找出的函数关系式，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 _______________________________． 答案 1． (1)交流 (2)D (3)B (4)F～I 0.76 2． (1)B (2)乙 (3)0.175 (4)远大于 3． (1)1.170 (2)平衡小车摩擦力 (5)mgL＝1 2(m＋M) d Δt 2 4. (1)平衡摩擦力 不需要 (2)过原点的直线 5. (1)x g 2y (2)H＝x2 4y (3)1 y 6． (1)将木板一端垫起，轻推小车使得小车在不受绳拉力时能够匀 速下滑 认为细线中的拉力大小等于钩码的重力 (2)mgx＝ M 8T2(x2 2－x1 2) 7． (1)7.25 (2) 从数据中可看出，h 与 vA 2 成正比，因此纵坐标应该是 vA 2，图象 应该是一条过原点的倾斜直线，通过描点拟合直线如图所示： (3)mvA 2 6 (4)选择密度较大的直杆(或选择直径较小的直杆)