浙江省2019-2020學(xué)年高中物理 第十章 課時訓(xùn)練3 探究做功與物體速度變化的關(guān)系和驗證機(jī)械能守恒定律（含解析）

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1、課時訓(xùn)練3　探究做功與物體速度變化的關(guān)系和驗證機(jī)械能守恒定律 基礎(chǔ)鞏固 1.“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗裝置如圖所示,用該裝置做實驗時, (1)下列步驟中,不可缺少的操作是　　　　(填字母)。? A.測出小車的質(zhì)量 B.測出橡皮筋的伸長量 C.用量角器測出長木板的傾角 D.改變橡皮筋條數(shù)后將小車從同一位置釋放 (2)實驗中,要求通過調(diào)整木板的傾角來平衡摩擦阻力,判斷摩擦阻力已被平衡的方法是　　　　(填字母)。? A.不連接紙帶時釋放小車,小車能夠下滑 B.不連接紙帶時輕推小車,小車能夠勻速下滑 C.釋放小車后,拖著紙帶的小車能夠下滑 D.輕推一下小車,拖著

2、紙帶的小車能夠勻速下滑 答案:(1)D　(2)D 2.(2019·東陽中學(xué)期中)在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實驗時,小車在橡皮筋彈力的作用下被彈出,沿木板滑行,實驗裝置如圖1 所示。 (1)關(guān)于實驗中的操作或分析,下列敘述正確的是　　　　。? A.實驗中所選用橡皮筋的規(guī)格要一致 B.實驗中,橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致 C.小車在橡皮筋的作用下保持無初速度彈出 D.每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值 (2)實驗中,甲、乙兩位同學(xué)的實驗操作均正確。甲同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了W-v圖象,如圖2甲,并由此圖線得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論。乙同學(xué)根據(jù)實

3、驗數(shù)據(jù)作出了W-v2圖象,如圖2乙,并由此也得出“功與速度的平方一定成正比”的結(jié)論。關(guān)于甲、乙兩位同學(xué)的分析,你的評價是　　　　。? A.甲的分析不正確,乙的分析正確 B.甲的分析正確,乙的分析不正確 C.甲和乙的分析都正確 D.甲和乙的分析都不正確 解析:(1)實驗中直接去測量一個正做變速運(yùn)動物體所受的拉力是很困難的。橡皮筋拉動小車的彈力雖然是個變力,但這個彈力做的功數(shù)值上就等于橡皮筋發(fā)生形變時所具有的彈性勢能,而這個彈性勢能又與橡皮筋的形變量相對應(yīng);橡皮筋的形變量一定,這個彈力做的功就是一定的。實驗時,我們增加相同的橡皮筋的數(shù)量,使功的大小成倍數(shù)增加,每次實驗不必設(shè)法算出橡皮

4、筋對小車做功的具體數(shù)值,但是實驗中所選用橡皮筋的規(guī)格要一致,故A正確,D錯誤;每次實驗中,橡皮筋拉伸的長度一定要保持一致,故B錯誤;每次小車在橡皮筋的作用下保持無初速度彈出,所以C正確。 (2)根據(jù)甲圖,得到W=avn,式子中a為比例系數(shù),n為指數(shù);當(dāng)n=1時,圖線為直線;當(dāng)n<1時,圖線向下彎曲;當(dāng)n>1時,圖線向上彎曲;甲圖圖線向上彎曲,故表達(dá)式 W=avn中n為大于1的任意數(shù)值,不能得出功與速度的平方一定成正比的結(jié)論;而乙圖中,W與v2成正比,故A正確,B,C,D錯誤。 答案:(1)AC　(2)A 3.如圖甲,在驗證機(jī)械能守恒定律的實驗中: (1)除鐵架臺、鐵夾、交流電源、紙

5、帶、打點(diǎn)計時器和重物外,還需選用的儀器是　　　　　。? A.秒表 B.刻度尺 C.天平 D.彈簧測力計 (2)某同學(xué)在一次實驗中得到了一條紙帶,下列正確的是　　　　。? A.實驗所用打點(diǎn)計時器是電磁打點(diǎn)計時器,應(yīng)接在6 V直流電源上 B.實驗時應(yīng)先釋放重物,再接通電源 C.紙帶上點(diǎn)密集的一端是與重物相連的 D.挑選紙帶時應(yīng)注意點(diǎn)跡清晰,第一、二點(diǎn)的間距約為2 cm (3)某同學(xué)一次實驗中測得如圖乙所示三段位移,O點(diǎn)為起始點(diǎn),已知打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)間隔為T,則他需要驗證O到C過程的機(jī)械能守恒表達(dá)式為　 。? 解析:(1)為了測

6、得重物下落的速度,需要用刻度尺測出紙帶上兩相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離,而時間是由打點(diǎn)計時器來算出;由于要驗證的等式兩邊質(zhì)量可以約去,故不需要天平;實驗用不到彈簧測力計,故ACD錯誤,B正確。 (2)實驗所用打點(diǎn)計時器是電磁打點(diǎn)計時器,應(yīng)接在4～6 V 交流電源上,選項A錯誤;實驗時應(yīng)先接通電源,再釋放重物,選項B錯誤;紙帶上點(diǎn)密集的一端是與重物相連的,選項C正確;挑選紙帶時應(yīng)注意點(diǎn)跡清晰,第一、二點(diǎn)的間距約為2 mm,選項D錯誤。 (3)從紙帶上可以看出O點(diǎn)為打出來的第一個點(diǎn),速度為0,重物自由下落,初速度為0,重力勢能減少量ΔEp=mg(s0+s1);利用勻變速直線運(yùn)動的推論vC==, 則動能

7、的增加量為ΔEk=m=m()2 因此只需要驗證mg(s0+s1)=m()2 即g(s0+s1)=,就可以驗證機(jī)械能守恒。 答案:(1)B　(2)C　(3)g(s0+s1)= 4.(1)做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗,已有鐵架臺、鐵夾、電源、紙帶、打點(diǎn)計時器,還必須選取的器材是　　　　。? (2)某同學(xué)在實驗過程中,①在重錘的正下方地面鋪海綿;②調(diào)整打點(diǎn)計時器的兩個限位孔連線為豎直;③重復(fù)多次實驗。以上操作可減小實驗誤差的是　　　　(填序號)。? 答案:(1)BD　(2)②③ 5.如圖甲所示,某同學(xué)用自由落體法“驗證機(jī)械能守恒定律”,從圖示位置由靜止釋放紙帶連接的重物。

8、 (1)圖中操作不合理的地方是　 。? (2)除了圖中器材外,下列器材中還必須選取的有　　　　　。? A.秒表 B.刻度尺 C.干電池 (3)本實驗所取的重力加速度g的值,應(yīng)該　　　　　。? A.取當(dāng)?shù)氐膶嶋Hg值 B.根據(jù)打出的紙帶,用Δx=gT2求出 C.近似取10 m/s2 (4)打點(diǎn)計時器交流電源的頻率為50 Hz,如圖乙為打出的一條紙帶的一部分,A,B,C為打出的連續(xù)的三個計時點(diǎn),用刻度尺量得,xAB= 4.15 cm,xBC=4.53 cm,則打下B點(diǎn)時重物下落的速度大小vB=　　　　m/s。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)? 解析

9、:(1)由題圖可知,不合理的地方為重物釋放時離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn),導(dǎo)致紙帶可使用長度太短。 (2)本實驗用打點(diǎn)計時器計時測速度,不需要秒表,但需要測量重物下落的距離,所以需要刻度尺,打點(diǎn)計時器使用的是交流電源,不需要干電池,故A,C錯誤,B正確。 (3)本實驗的g值應(yīng)取當(dāng)?shù)氐膶嶋H值,因為驗證機(jī)械能守恒,所以計算重物的重力勢能減少量時,需要當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?故A正確,B,C 錯誤。 (4)頻率為50 Hz,打點(diǎn)周期為T==0.02 s,根據(jù)紙帶處理方法可知,B點(diǎn)的速度為AC段的平均速度,則vB==m/s=2.17 m/s。 答案:(1)重物釋放時離打點(diǎn)計時器太遠(yuǎn)　 (2)B　(3) A　

10、(4)2.17 能力提高 6.如圖甲所示為某物理實驗小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗裝置(說明:實驗中橡皮筋型號相同)。 (1)關(guān)于橡皮筋做功,下列說法正確的是　　　　。? A.橡皮筋做功的具體值可以直接測量 B.橡皮筋在小車運(yùn)動的全程中始終做功 C.通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加 D.若橡皮筋伸長量變?yōu)樵瓉淼?倍,則橡皮筋做功也增加為原來的 2倍 (2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條、……合并起來掛在小車的前端進(jìn)行多次實驗,每次都要把小車?yán)酵晃恢迷籴尫判≤?。橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點(diǎn)計時器打出的紙帶測出,打

11、點(diǎn)計時器的打點(diǎn)頻率為50 Hz。根據(jù)第4次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為　　　　　m/s。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)? (3)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W-v草圖如圖丙所示,根據(jù)圖線形狀,可知對W與v的關(guān)系作出的猜想肯定不正確的是　　　　(多選)。? A.W∝ B.W∝ C.W∝v2 D.W∝v3 解析:(1)實驗中每條橡皮筋做功的具體值無法直接測量,但是采用相同的橡皮筋,保證每條橡皮筋做功相同,就能以每條橡皮筋做的功為單位進(jìn)行研究,A錯誤;橡皮筋恢復(fù)原長后,不再對小車產(chǎn)生彈力,不再對小車做功,B錯誤;根據(jù)A選項的分析可知,通過改變橡皮筋的數(shù)目,可以使橡皮筋對小車做的功成

12、整數(shù)倍增加,C正確;根據(jù)彈性勢能表達(dá)式Ep=kx2,伸長量變?yōu)?倍,勢能增大4倍,對外做功也增加4倍,D 錯誤。 (2)小車先在橡皮筋的拉力作用下加速,當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長后,小車不再受拉力,將做勻速運(yùn)動,根據(jù)勻速直線運(yùn)動規(guī)律求得小車速度 v== m/s=2.0 m/s。 (3)根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知,W∝v2和W∝v3函數(shù)圖象均可能是圖中的形狀;而W∝是反比例函數(shù),不可能是圖中的形狀;W∝的圖象也與題中函數(shù)圖象不符,故選A,B。 答案:(1)C　(2)2.0　(3)AB 7.圖中甲、乙兩圖都是用來“驗證機(jī)械能守恒定律”的裝置示意圖。 (1)比較甲、乙兩圖,某同學(xué)認(rèn)為乙圖裝置較好,其理

13、由如下列所述,其中正確的是　　　　(填字母)。? A.電火花計時器打點(diǎn)更準(zhǔn)確 B.減小了空氣阻力對實驗的影響 C.可以節(jié)省紙帶,讓點(diǎn)跡更為密集 D.保證物體從靜止釋放,避免因紙帶抖動而造成摩擦增大 (2)實驗中發(fā)現(xiàn)重物增加的動能略小于減少的重力勢能,其主要原因是　　　　(填字母)。? A.重物的質(zhì)量過大 B.重物的體積過小 C.電源的電壓偏低 D.重物及紙帶在下落時受到阻力 (3)從紙帶上選取多個點(diǎn),測量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h,并計算各點(diǎn)速度的平方v2,以為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出-h圖線,則在誤差允許的范圍內(nèi)該圖線是　　　　　　　　,圖線的斜率是　　　　

14、。? 解析:(1)因為用夾子固定紙帶,可以避免用手握紙帶時手的抖動的弊端。電磁打點(diǎn)計時器與電火花計時器的打點(diǎn)精度是相同的。 (2)重物的質(zhì)量大,體積小,所受空氣阻力小,能減小誤差。電壓高低與實驗誤差無關(guān)。 (3)從紙帶上選取多個點(diǎn),測量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h,并計算各點(diǎn)速度的平方v2,則需驗證的關(guān)系式是 mgh=mv2,故在誤差允許的范圍內(nèi),h圖線是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線。 答案:(1)D　(2)D　(3)過原點(diǎn)的一條傾斜直線　重力加速度g 8.(1)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中,下列物理量中需要用工具測量的有　　　　,通過計算得到的有　　　　。? A.重物的質(zhì)量

15、 B.重力加速度 C.重物下落的高度 D.與重物下落高度對應(yīng)的重物瞬時速度 (2)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中,有如下可供選擇的實驗器材: A.鐵架臺　B.電磁打點(diǎn)計時器以及復(fù)寫紙　C.紙帶　D.低壓直流電源　E.天平　F.秒表　G.導(dǎo)線　H.開關(guān) ①其中不必要的器材是　　　　;? ②上面還缺少的器材是　　　　。? I.低壓交流電源　J.220 V交流電源　K.刻度尺 L.重物　M.量角器 (3)如圖中甲、乙兩圖都是使用電磁打點(diǎn)計時器驗證機(jī)械能守恒定律的裝置示意圖,已知該打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)頻率為50 Hz。 ①這兩圖相比較,　　　　(選填“甲”或“乙”)裝置較好;?

16、②丙圖是采用較好的裝置并按正確的實驗步驟進(jìn)行實驗打出的一條紙帶,如果1,2兩點(diǎn)之間距離約等于2 mm,可以說明1點(diǎn)的速度等于　　　　。? 解析:(1)A.在驗證機(jī)械能守恒時,是驗證減少的重力勢能與增加的動能相等,即mgh=m-m,所以gh=-,兩邊質(zhì)量消去,所以不需要測量質(zhì)量; B.重力加速度是和地球有關(guān)的一個物理量,在地球表面認(rèn)為等于 9.8 m/s2; C.重物下落的高度需要借助于刻度尺來測量; D.利用中點(diǎn)時刻的速度等于平均速度可以計算出重物瞬時速度,故分別選C和D。 (2)①打點(diǎn)計時器工作時用的是交流電,所以不需要低壓直流電源,由于驗證機(jī)械能守恒時公式前后都有質(zhì)量,所以不需要測量質(zhì)量,利用打點(diǎn)計時器可直接讀出時間,所以也不需要秒表,故選DEF。 ②電磁打點(diǎn)計時器工作時需要一個低壓交流電源;在測量下降的高度時需要利用刻度尺來測量長度;在做此實驗時需要一個重物拉著紙帶運(yùn)動,故還需要的器材有IKL。 (3)①兩圖相比較,甲圖較好,因為夾子的存在可以有效防止紙帶的來回晃動,減小摩擦,減小實驗誤差;②當(dāng)重物從靜止釋放時,根據(jù) h=gt2=×9.8×(0.02)2 m=0.001 96 m≈2 mm,說明1點(diǎn)的速度等于零。 答案:(1)C　D　(2)①DEF　②IKL　(3)①甲?、? - 8 -