1、1第 29 讲 探究功与速度变化的关系一、实验目的1通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。2通过分析实验数据，总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。二、实验器材小车(前面带小钩)、长木板(在两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、木块、打点计时器、纸带、学生电源(若使用电火花计时器则不用学生电源)、导线、5 条同规格的橡皮筋及毫米刻度尺。考点一 实验原理与操作一、实验原理1不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2 W、3 W、。2由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据。3以橡皮筋
2、对小车做的功为纵坐标，分别以小车获得的速度 v、 v2、为横坐标，作出 Wv、 Wv2、曲线，分析这些曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的关系。二、实验步骤1仪器安装(1)按实验原理图将仪器安装好。(2)平衡摩擦力：在长木板有打点计时器的一端下面垫一木块，反复移动木块的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀，即小车能做匀速直线运动为止。2测量与记录(1)先用 1 条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度 v1，设此时橡皮筋对小车做的功为 W，将这一组数据记入表格。(2)用 2 条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车2
3、做的功为 2W，测出小车获得的速度 v2，将数据记入表格。(3)用 3 条、4 条、橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。三、注意事项1平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。2测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选对应小车做匀速直线运动状态的那段纸带。3橡皮筋应选规格一样的。力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。4小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。四、实验方案二如图，由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重
4、物大很多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力。小车运动的距离可以由纸带测出。改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功。某学习小组做“探究合力做的功和物体速度变化的关系”的实验，图中小车是在 1 条橡皮筋作用下弹出，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，使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由打点计时器所打的纸带测出。(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、_(填测量工具)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
5、以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下3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(根据下面的纸带回答)。解析 (1)本实验需要测量纸带上的点间距离，要使用刻度尺；打点计时器
6、使用的是交流电。(2)实验中可以适当抬高木板一侧来平衡摩擦阻力，受力平衡时，小车应做匀速直线运动，所以正确的做法是：放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可，故 A、B、C 错误，D正确。(3)若木板水平放置，对小车受力分析可知，小车速度最大时小车受到的合力为零，即小车受到的橡皮筋的拉力与摩擦力相等，此时橡皮筋处于伸长状态，故小车在两个铁钉的连线的左侧，尚未到达两个铁钉的连线处，A、C、D 错误，B 正确。(4)在正确操作情况下，橡皮筋恢复原长后，小车做匀速直线运动，在相等时间内的位移相等，此时小车获得的速度最大，要测量小车的最大速度，应选用纸带上点迹均匀的部分，如 GK 段。答案 (1)刻度尺
7、交流 (2)D (3)B (4) GK方法感悟(1)本实验中对小车做的功应该为合力做的功，实验中采用将木板倾斜的方法，使重力对小车做的功抵消摩擦力对小车做的功，则橡皮筋对小车的拉力做的功即合力对小车做的功。(2)判断摩擦力是否被平衡的方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动。(3)本实验的关键是要分析清楚小车的运动，小车先加速后匀速，小车在橡皮筋拉力的作用下做加速运动，拉力的功是变力功，无法计算，所以实验中通过改变橡皮筋的条数来改变对小车做功的大小。41(2018合肥市第三次教学质检)在“探究功与速度变化的关系”实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置进行实验。
8、(1)实验小组按正确的操作，将木板一端倾斜来平衡摩擦力，打出如上三条纸带，其中符合实验要求的是(选填纸带的字母编号)_。(2)下列关于橡皮筋及其做功的说法正确的是_。A橡皮筋做功的值不需要测量B增加规格相同的橡皮筋条数，使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加C在小车运动的过程中，橡皮筋一直对其做功D将橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍，橡皮筋做的功增加了两倍(3)在操作正确的前提下，其中打出的一条纸带如图乙所示，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量。(4)在某次实验中，实验小组误将木板水平放置，小车在橡皮筋作用下由静止开始运动，当小车运动到某一位置，橡皮筋恰好处于原长状态。下列说法正确的是_
9、。A此时小车速度最大B此时小车加速度最大C此后小车开始做匀速直线运动D当小车速度最大时，橡皮筋一定处于拉伸状态答案 (1)B (2)AB (3) HK (4)D解析 (1)纸带 B 的点迹均匀，说明小车匀速运动，已平衡摩擦力，则符合实验要求的是 B。(2)实验中橡皮筋做功的值不需要测量，A 正确；增加规格相同的橡皮筋条数，使橡皮5筋对小车做的功成整数倍增加，B 正确；在小车运动的过程中，橡皮筋只是刚开始时对小车做功，橡皮筋恢复到原长后就不再做功，C 错误；由 Ep kx2，将橡皮筋的长度拉伸为12原来的两倍，橡皮筋做的功不是增加两倍，D 错误。(3)测量小车的速度时应该用纸带上点迹均匀的部分测
10、量，并且长度尽量较大，以减小偶然误差，故应选纸带 HK 部分。(4)由于木板水平放置，小车与木板间有摩擦力，则当小车速度最大时，橡皮筋的弹力等于摩擦力，此时橡皮筋一定处于拉伸状态，故选 D。2. (2018广东肇庆模拟)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，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系，此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有_。(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样
11、做的目的是下列的哪个_(填字母代号)。A避免小车在运动过程中发生抖动B可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法：_。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些，这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号)。A在接通电源的同时释放了小车B小车释放时离打点计时器太近C阻力未完全被小车
12、重力沿木板方向的分力平衡掉D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力答案 (1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD6解析 (1)本实验探究细绳拉力做的功与小车动能变化的关系，为了确定小车的动能变化，需要通过研究纸带来研究小车的速度，利用天平(包括砝码)测量小车的质量，本实验平衡摩擦后，钩码的重力近似等于细绳拉力，为了求细绳拉力做的功，所以需要刻度尺来测量纸带上点的距离，用天平(包括砝码)来测得钩码的质量。(2)实验过程中，为了减少误差，提高实验的精确度，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行，目的是平衡摩擦力后，使细绳的拉力等于小
13、车的合力，故A、B、C 错误，D 正确。(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，即小车的加速度较大，所以应减小小车的加速度，在小车的合力一定的情况下，根据牛顿第二定律知，应适当增大小车的质量，即在小车上加适量的砝码(或钩码)。(4)从功能关系看，该实验可能有内能产生，即实验中有存在摩擦力没有被平衡掉；另一方面，只有当小车的质量远大于钩码的质量时，细绳的拉力才近似等于钩码的重力，故A、B 错误，C、D 正确。考点二 数据处理与误差分析一、数据处理1求速度：实验获得如图所示纸带，利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上 A、 C 两点间的
14、距离 x，则 v (其中 T 为打点周期)。x2T2记数据：计算 W、2 W、3 W、时对应 v、 v2的数值，填入表格。73作图象：在坐标纸上分别作出 Wv 和 Wv2图线，从中找出功与速度变化的关系。4得结论：从图象分析出合外力对物体做功与物体速度变化的关系为 W v2。二、误差分析8如图甲所示，在“探究功与速度变化的关系”的实验中，主要过程如下：A设法让橡皮筋对小车做的功分别为 W、2 W、3 W、；B分析纸带，求出橡皮筋做功使小车获得的速度 v1、 v2、 v3、；C作出 Wv 图象；D分析 Wv 图象，如果 Wv 图象是一条直线，表明 W v；如果不是直线，可考虑是否存在 W v2、
15、 W v3、 W 等关系。v(1)实验中得到一条如图乙所示的纸带，求小车获得的速度应选_(选填“ AB”或“ CD”)段来计算。(2)关于该实验，下列说法正确的有_A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B通过改变小车质量可以改变橡皮筋对小车做的功C每次实验中，橡皮筋拉伸的长度必需保持一致D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出(3)在该实验中，打点计时器正常工作，纸带足够长，点迹清晰的纸带上并没有出现一9段等间距的点，造成这种情况的原因可能是_。(写出一条即可)解析 (1)由题图乙可知，在 AB 之间，由于相邻计数点间的距离不断增大，而打点计时器每隔 0.02 s 打一个
16、点，所以小车做加速运动，在 CD 之间相邻计数点间距相等，说明小车做匀速运动，小车离开橡皮筋后做匀速运动，应选用 CD 段纸带来计算小车的速度 v。(2)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，而改变小车的质量不会改变橡皮筋对小车做的功，故 A 正确，B 错误；为保证每根橡皮筋对小车做功一样多，每次实验中，橡皮筋拉伸的长度必需保持一致，故 C 正确；用打点计时器时，为有效利用纸带，总是先接通电源后释放纸带，故 D 正确。(3)在该实验中，打点计时器正常工作，纸带足够长，点迹清晰的纸带上并没有出现一段等间距的点，造成这种情况的原
17、因可能是没有平衡摩擦力或木板的倾角过大或过小。答案 (1) CD (2)ACD(3)没有平衡摩擦力(或木板的倾角过大或过小)方法感悟(1)橡皮筋恢复原长时小车已做匀速直线运动，故应利用纸带上点距相等的部分计算小车速度。(2)利用 v 计算小车的速度时，为减小测量误差，所选的范围应尽量长些。xt(3)注意刻度尺的分度、估读及单位，注意对结果有效数字的要求。1某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。小物块在 1 条橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为 M1；在钉子上分别套上 2 条、3 条、4 条同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤，小物
18、块落点分别记为 M2、 M3、 M4、；测量相关数据，进行数据处理。(1)为求出小物块抛出时的动能，需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号)。10A小物块的质量 mB橡皮筋的原长 xC橡皮筋的伸长量 xD桌面到地面的高度 hE小物块抛出点到落地点的水平距离 L(2)将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为 W1、 W2、 W3、，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为 L1、 L2、 L3、，若功与速度的二次方成正比，则应以 W 为纵坐标、_为横坐标作图，才能得到一条直线。(3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于_(选填“偶然误差”或“系统误差”)。答案 (1)ADE
19、(2) L2 (3)系统误差解析 (1)根据动能的定义式 Ek 可知，要求出 Ek，需要测量 m、 v，而小物块离开mv22桌面做平抛运动，有 h gt2， L vt，得 v L ，因此，只要测出 L、 h，就知12 g2hv，A、D、E 正确。(2)因 v L ，所以若 W v2，则 W L2(g、 h 为常量)，应以 L2为横坐标。g2h(3)小物块与桌面之间的摩擦不可避免，属于系统误差。2某同学现要用图甲来“探究功与动能变化的关系” ，打点计时器的打点频率为 50 Hz，试分析下列问题：(1)完成下列部分实验步骤所缺的内容：安装好实验器材，开始小车先不挂钩码，需要对小车进行_的实验操作。
20、给小车挂上钩码进行实验。图乙是从多次实验中选出的一条纸带置于一透明刻度尺上。在纸带上选择起始点 O 及 A、 B、 C、 D、 E、 F 七个计数点，可获得各计数点到 O 的距离s，由图乙读得 O 到 C 点的距离为 s3_ cm。由图乙求出小车在各计数点的瞬时速度的大小 v1、 v2、 v5，则在打点计时器打下 C 点时小车的速度为 v3_ m/s。11(2)由图乙可知小车在此次实验时的加速度大小为 a_ m/s 2。(3)计算出打点计时器打下 A、 B、 E 时小车瞬时速度的平方 v 、 v 、 v ，然21 2 25后分别求出 v 、 v 与 v 的差值 v 、 v ，最后计算出小车通过
21、2 25 21 2 25sAB、 sAC、 sAE的位移时钩码重力对小车做的功 W1、 W2、 W4，最后得到了如图丙所示的 v2W 图象。通过图象可得到的结论是_。(4)若图线的斜率 k18，则小车的质量 M_kg(结果保留三位有效数字)。答案 (1)平衡摩擦力 5.10 0.49 (2)1.15 (3)合外力对物体做的功与物体动能的变化量成正比 (4)0.111解析 (1)本实验在实验前首先要对小车进行平衡摩擦力的操作。 O 到 C 点的距离为 s3(6.101.00) cm5.10 cm。由匀变速直线运动规律可得v3 cm/s0.49 m/s。s4 s24T 7.15 3.2040.02
22、(2)由逐差法可得a cm/s2sCF sOC9 2T 2 11.85 5.10 5.1090.042121.15 m/s 2。(3)合外力对物体做的功与物体动能的变化量成正比。(4)由动能定理可得 W M v2，由此可知图象的斜率为 k ，求出小车的质12 v2W 2M量为 M 。代入数据可求出小车的质量为 M0.111 kg。2k13考点三 实验改进与创新1创新情景创新实验也是以完成实验为目的，创新思路和验证牛顿第二定律的创新思路相似。14152创新解读(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细绳的拉力做功重物重力做功。(2)速度的测量：测量纸带匀速运动速度用平抛法
23、计算速度测量纸带上各点速度光电门测速度 v 速度传感器直接显示速度大小。d t(3)摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力包括在合力内自由下落减小阻力气垫导轨减小摩擦力。(4)因用拉力传感器直接测细绳拉力大小，故不必满足钩码质量远小于小车的质量。某实验小组利用拉力传感器和速度传感器来探究动能定理。如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到的拉力的大小，在水平桌面上相距 50.0 cm 的 A、 B 两点各安装一个速度传感器，记录小车通过 A、 B 时的速度大小，小车中可以放置砝码。(1)实验主要步骤如下：测量_和拉力传感
24、器的总质量 m1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需装置。将小车停在 C 点，接通电源，_，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过 A、 B 时的速度。在小车中增加砝码，或_，重复的操作。(2)如表是他们测得的几组数据，其中 m 是 m1与小车中砝码质量之和，| v v |是两2 21个速度传感器所记录速度的二次方差的绝对值，可以据此计算出动能变化量 Ek， F 是拉力传感器受到的拉力， W 是 F 在 A、 B 间所做的功，表格中的 Ek3_ J， W3_ J。(结果保留三位有效数字)数据记录表16(3)根据表中数据在图中的坐标纸上作出 EkW 图
25、线。解析 (1)需测出小车和拉力传感器的总质量。先接通电源后释放小车。在小车中增减砝码。(2) Ek3 m|v v | 0.5002.400 J0.600 J12 2 21 12W3 F3L1.2200.500 J0.610 J。(3)如图所示。17答案 (1)小车 然后释放小车 减少砝码(2)0.600 0.610 (3)图见解析方法感悟实验创新通常从器材、装置上进行改进，或从实验原理上进行创新，但无论如何改进或创新，都需要以某种形式确定出要测量的物理量的定量大小，例如外力所做的功的大小和物体动能或速度的大小，所以解答实验创新题时要围绕需要测量的基本的物理量或其关系进行分析。为了“探究动能改
26、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 的滑块通过细绳与质量为 m 的带夹重锤跨过定滑轮相连，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：如图乙所示，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，打出的纸带如图丙所示。18请回答下列问题：(1)已知 O、 A、 B、 C、 D、 E、 F 相邻计数点间的时间间隔为 t，根据纸带求滑块运动的速度，打
27、点计时器打 B 点时滑块运动的速度 vB_。(2)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_(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式 W 合 _。(3)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 为横轴建立直角坐标系，描点作出 v2W 图象，可知该图象是一条_，根据图象还可求得_。答案 (1) (2)下滑的位移 x mgxx3 x12 t(3)过原点的直线 滑块的质量 M解析 (1)由打出的纸带可知打 B
28、 点时的速度为 vB 。x3 x12 t(2)设长木板的倾角为 ，滑块与长木板间摩擦力为 f，当滑块向下匀速运动时，有Mgsin f mg；当滑块向下加速运动时，有 F 合 Mgsin f mg。由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移 x， W 合 mgx。(3)根据 W 合 Ek Mv2可知 v2W 图象应该为一条过原点的直线，由直线的斜率 k12可求 M。2M课后作业1(2018西安模拟)某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系。19(1)下列叙述正确的是_。A每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C放小车的长木板应该尽量
29、使其水平D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出(2)实验中，某同学得到了一条如图乙所示的纸带。这条纸带上的点距并不均匀，下列说法正确的是_。A纸带的左端是与小车相连的B纸带的右端是与小车相连的C利用 E、 F、 G、 H、 I、 J 这些点之间的距离来确定小车的速度D利用 A、 B、 C、 D 这些点之间的距离来确定小车的速度(3)实验中木板略微倾斜，这样做_。A是为了释放小车后，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力对小车做的功D可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(4)若根据多次测量数据画出的 W v 图象如图丙所示，根据图线形状，可知对 W 与 v的关系
30、符合实际的是图丙中的_。20答案 (1)D (2)BD (3)CD (4)C解析 (1)实验是为了探究 W 与 v 的关系，只要 W 成倍数增加即可，可采用相同规格不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功就有倍数关系，不必算出 W的具体数值，故 A、B 错误；为使橡皮筋拉力近似等于小车所受合外力，需要平衡摩擦力，故木板应该是倾斜的，故 C 错误；利用打点计时器得到打点纸带时应先接通电源，后让小车运动，故 D 正确。(2)纸带右端点迹密集，故纸带的右端是与小车相连的，要测量小车速度，应该选用点迹间距均匀的部分，即应选用纸带的 A、 B、 C、 D 点进行测量，故 B、D 正确，A
31、、C 错误。(3)使木板倾斜，小车受到的摩擦力与小车所受重力沿木板的分量大小相等，在不施加拉力时，小车在斜面上受到的合力为零，小车可以在斜面上静止或做匀速直线运动；小车与橡皮筋连接后，小车所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功，故 A、B 错误，C、D 正确。(4)实验研究发现， W 与 v2成正比，故 Wv 图象应该是向上弯曲的曲线，故 C 正确，A、B、D 错误。2(2017北京高考)如图 1 所示，用质量为 m 的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。(1)打点计时器使用的
32、电源是_(选填选项前的字母)。A直流电源 B交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是_(选填选项前的字母)。21A把长木板右端垫高 B改变小车的质量在不挂重物且_(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A计时器不打点 B计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取 A、 B、 C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为 T。测得A、 B、 C各点到 O 点的距离为 x1、 x2、 x3如图 2 所示。实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车
33、所受的拉力大小为 mg。从打 O 点到打B 点的过程中，拉力对小车做的功 W_，打 B 点时小车的速度 v_。(4)以 v2为纵坐标， W 为横坐标，利用实验数据作出如图 3 所示的 v2W 图象。由此图象可得 v2随 W 变化的表达式为_。根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是_。(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图 4 中正确反映 v2W 关系的是_。22答案 (1)B (2)A B (3) mgx2 x3 x12T(4)v24.7 W(4.5W5.0 W
34、 均认为正确) 质量(5)A解析 (1)打点计时器使用交变电流，故应选交流电源。(2)平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右端，使小车的重力沿木板的分力与摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到平衡要求。(3)由做功公式知： W mgx2；利用匀变速直线运动中间时刻的速度等于本段时间内的平均速度知， B 点速度等于 AC 段的平均速度， v 。x3 x12T(4)根据图线，关系式写为 v2 kW b，在直线上取两点，如(1.410 2, 0.07)、(8102, 0.38)，代入上式，解得 k4.7， b0.004，在作图误差允许的范围内，表达
35、式可写为 v24.7 W。把功的单位用基本单位表示，JNmkgm 2s2 ，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为 kg1 ，故与图线斜率有关的物理量应是质量。(5)若重物质量 m 不满足远小于小车质量 M，则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力，由 mg F ma 和 F Ma知 F mg，MM m由动能定理得： Mv2 Fx， v2 x x，而 W mgx，则实际 v2W 图线的斜率 k12 2FM 2mgM m，重物质量 m 与小车质量 M 不变，故速度虽然增大，但斜率不变，选项 A 正确。2M m3(2017江苏高考)利用如图 1 所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质
36、量为 M200.0 g，钩码的质量为 m10.0 g，打点计时器的电源为 50 Hz 的交流电。(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_。(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图 2 所示。选择某一点为 O，依次每隔 4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x，记录在纸带上。计算打23出各计数点时小车的速度 v，其中打出计数点“1”时小车的速度 v1_ m/s。(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取 g9.80 m/s2，利用 W mg x 算出拉力对小车做的功 W。利用 Ek Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量 Ek。计算
37、结果见下表。12W/103 J 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 Ek/103 J 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00请根据表中的数据，在图 3 中作出 EkW 图象。(4)实验结果表明， Ek总是略小于 W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力 F_ N。答案 (1)小车做匀速运动 (2)0.228 (3)图见解析(4)0.093解析 (1)完全平衡摩擦力的标志是轻推小车，小车做匀速运动。(2)两相邻计数点间的时间间隔 T50.02 s0.1 s24v1 m/s0.228 m/s。xO22T 2.06
38、 2.50 0.0120.1(3)确定标度，根据给出数据描点。作图如图所示。(4)从图线上取两个点(4.5,4.24)，(2.15,2.0)图线的斜率 k 0.9534.24 2.04.5 2.15又有 k EkW Mv22mg x根据运动学公式有 v22 a x根据牛顿第二定律有 F Ma由式解得 F0.093 N。4(2018唐山统考)某课外兴趣小组，在研究合外力做功与速度变化关系的实验中，做了如下实验。如图甲所示， A 物体(含遮光片)的质量为 M， B 物体的质量为 m。固定斜面顶端有一光滑定滑轮， A、 B 通过轻细绳连接。斜面底端有一光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门
39、的时间 t。通过刻度尺可测量 A 到光电门的初始距离 L。 A 物体与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。开始时 A 恰好可以沿斜面匀速下滑，在初始距离处剪断细绳后， A 加速下滑。(1)用游标卡尺测遮光片的宽度 d，如图乙所示，读数为_ mm。(2)A 通过光电门的速度 v_。25(3)多次改变 A 与光电门间的初始距离 L，测得遮光片对应通过光电门的时间 t，作出L 图象，则下列图象与实际相符的是_。1t2答案 (1)2.0 (2) (3)Adt解析 (1)由游标卡尺的读数规则可知，遮光片的宽度 d2 mm00.1 mm2.0 mm。(2)由于遮光片的遮光时间极短，因此遮光时间内的平均速度
40、近似等于 A 通过光电门的瞬时速度，即 v 。dt(3)由题意可知，开始时 A 恰好可沿斜面匀速下滑，剪断细绳后， A 的合外力大小为mg，沿斜面加速下滑，由牛顿第二定律可知 A 的加速度大小 a ，由运动学公式mgMv22 aL，又 v ，整理得 L ，则图象应为过原点的倾斜直线，A 正确。dt Md22mg 1t25(2018钦州模拟)某校物理兴趣小组利用如图甲所示装置探究合力做功与动能变化的关系。在滑块上安装一遮光条，系轻细绳处安装一拉力传感器(可显示出轻细绳中的拉力)，把滑块放在水平气垫导轨上 A 处，细绳通过定滑轮与钩码相连，光电门安装在 B 处。气垫导轨充气，将滑块从 A 位置由静
41、止释放后，拉力传感器记录的读数为 F，光电门记录的时间为 t。(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则宽度为_ mm。(2)多次改变钩码的质量(拉力传感器记录的读数 F 相应改变)，测得多组 F 和 t 数据，要得到线性变化图象，若已经选定 F 作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为_。A t B( t)2 C. D. 21 t (1 t)26(3)若正确选择横坐标所代表的物理量后，得出线性变化图象的斜率为 k，且已经测出A、 B 之间的距离为 s，遮光条的宽度为 d，则滑块质量(含遮光条和拉力传感器)的表达式为 M_。答案 (1)2.560 (2)D (3)2skd2解析 (1)螺旋测微器的固定刻度为 2.5 mm，可动刻度为 6.00.01 mm0.060 mm，所以最终读数为 2.5 mm0.060 mm2.560 mm，即遮光条的宽度 d2.560 mm。(2)滑块通过光电门 B 的速度 v ，根据动能定理得 Fs Mv2，则 F 2，d t 12 (Md22s)(1 t)要得到线性变化图象，若已经选定 F 作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为 2，故 D(1 t)正确，A、B、C 错误。(3)根据 F 2可知， F 2图象的斜率 k ，解得 M 。(Md22s)(1 t) (1 t) Md22s 2skd227
