2027届高三物理一轮专项练习：专题四十五 实验：探究功与物体速度变化的关系

专题四十五 实验：探究功与物体速度变化的关系 一、单项选择题 1．在探究功与速度变化量的关系的实验中橡皮筋释放后，关于小车的运动，下列说法正确的是　　 A．一直做匀速直线运动 B．先做匀加速直线运动，再做匀速直线运动 C．先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动 D．先做加速度增大的变加速直线运动，再做匀速直线运动 【答案】C 【详解】橡皮筋的拉力即为小车所受合外力大小，在橡皮条伸长阶段小车加速，随着橡皮筋形变量变小则合力变小即加速度减小，恢复原长后加速度为零，即匀速运动，故小车先加速后匀速，且加速度减小，故ABD错误，C正确． 2．在“探究动能定理”的实验中，若画出的图象，应为图中的________图正确。 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】由实验原理可知，做的功与小车的速度成正比，故与应是二次函数关系，函数图象对称轴在纵轴，故B正确，ACD错误． 故选B。 3．在做“探究外力做功与物体动能变化的关系”的实验时，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是（　　） A．选用的重锤质量过大 B．选用的重锤质量过小 C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力 D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确 【答案】C 【详解】重锤与纸带在下落过程中不可避免的会受到阻力的作用，即空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力，导致机械能损失，所以重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能。 故选C。 4．如图所示是教材中做“探究橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验装置。下列说法中正确的是（　　） A．实验需要用到重锤 B．实验需要测量橡皮筋做功具体值 C．实验需要平衡小车受到的摩擦力 D．实验中小车做匀加速直线运动 【答案】C 【详解】A．在该实验中要求橡皮筋对小球所做的功为合外力所做的功，不需要重锤，A错误；B．本实验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，不需要测量橡皮筋做功的具体值，B错误；C．在该实验中要求橡皮经对小车做的功为合外力做的功，因此为了减小实验误差，该实验需要平衡摩擦力，C正确；D．橡皮筋的弹力是变化的，所以小车做加速度逐渐减小的加速运动，D错误； 故选C。 5．用图所示装置做“探究功与物体速度变化的关系”的实验，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。第1次实验用1条橡皮筋，橡皮筋对小车做的功记为，当把2条、3条、4条……与第1次实验完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功为、、……，每次橡皮筋做功后小车获得的速度可通过打点计时器和纸带测出，探究小车获得的速度与橡皮筋所做功有什么定量关系。下列说法正确的是（　　） A．实验中先让小车在橡皮筋的作用下弹出，再接通打点计时器的电源 B．每次实验中橡皮筋拉伸的长度必须相同 C．实验中必须求出小车加速过程的平均速度 D．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 【答案】B 【详解】A．实验中应先接通打点计时器的电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出，A错误；B．通过增加橡皮筋的条数来使功倍增，故每次实验中橡皮筋拉伸的长度必须相同，B正确；C．当橡皮筋做功完毕小车获得最大速度，由于平衡了摩擦力所以小车以后做匀速运动，故实验中必须求出小车匀速时的速度，C错误；D．橡皮筋拉小车时的作用力是变力，不能求得变力做功的具体值，但选用相同的橡皮筋，且伸长量都一样时，橡皮筋条数的关系就是做功多少的关系，因此不需要求出橡皮筋对小车做功的具体数值，D错误。 故选B。 6．用图甲所示的装置进行探究动能定理的实验，实验时测得小车的质量为m，木板的倾角为θ。实验过程中，选出一条比较清晰的纸带，用直尺测得各点与A点间的距离如图乙所示。已知打点计时器打点的周期为T，重力加速度为g，小车与斜面间摩擦可忽略不计。若取BD段研究小车的动能变化，求动能的变化正确的表达式是（ ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】匀变速直线运动的平均速度等于中间时刻瞬时速度，因此有， 小车动能的改变量为，解得 故选D。 二、多项选择题 7．在探究功与速度变化的关系的实验中，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．电源的频率不稳定 B．释放小车然后才通电打点 C．没有使木板倾斜或木板倾斜的程度太小 D．小车受到的阻力较大 【答案】CD 【详解】出现这一现象的原因是没有平衡阻力或平衡阻力不够，以致小车在橡皮筋作用下做加速运动，在橡皮筋恢复原长以后做减速运动，且受到的阻力较大，AB错误，故选项CD正确。 故选CD。 8．关于探究功与速度关系的实验，下列说法不正确的是（　　） 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必须一致 C．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值 D．放小车的长木板应尽量保持水平 【答案】AD 【详解】A．橡皮筋完全相同，通过增加橡皮筋的条数来使功倍增，因此不需要计算橡皮筋每次对小车做功的具体数值，故A错误，符合题意；B．通过增加橡皮筋的条数来使功倍增，故橡皮筋每次拉伸长度必须保持一致，故B正确，不符合题意；C．由于每根橡皮筋形变量相同，因此每根做功相同，故可以通过改变橡皮筋的条数来改变橡皮筋对小车做功，故C正确，不符合题意；D．实验前要平衡摩擦力，放小车的木板应倾斜，以便平衡摩擦力，故D错误，符合题意。 故选AD。 9．在探究拉力做功与动能变化的实验中，某同学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．造成这一情况的原因可能是(　　) 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】CD 【详解】A．先接通电源再释放小车，只会使数据量不足，并不会总是使拉力做功比小车动能增量大，故A错误；B．小车释放时离打点计时器太近不会使拉力做功比小车动能增量大，故B错误；CD．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，从功能关系看出：该实验一定有转化为内能的，即实验中有存在摩擦力没有被平衡掉；还有该实验要求，只有当小车的质量远大于砝码的质量时，小车的拉力才近似等于砝码的重力，故CD正确。 故选CD。 10．“探究功与速度变化的关系”这一实验有以下两种方案： 方案一：如图1所示，由钩码通过滑轮牵引小车，把钩码所受重力当作小车所受的合力来进行探究； 方案二：如图2所示，使小车在橡皮筋的作用下弹出，探究橡皮筋做的功与小车速度变化的关系。关于上述两种方案，下列说法正确的是（　　） A．方案一中要求钩码质量远小于小车质量 B．方案二中不用测出橡皮筋所做功的具体数值 C．两种方案中一条纸带都只能获取一组数据 D．两种方案均需倾斜木板来补偿小车所受阻力的影响 【答案】ABD 【详解】A．在方案一中，要用钩码的重力替代细线的拉力，必须满足小车质量远大于所挂钩码的质量，故A正确；B．在方案二中，要改变拉力做功时，用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有倍数关系，这是半定量实验，不用测出每根橡皮筋做功的具体值，故B正确；C．方案一中根据打下的一条纸带，运用匀变速直线运动的推论可求得多个计数点的速度，并能根据纸带测量出各计数点对应的位移，从而算出发生不同位移时拉力做的功，一条纸带即可以获得多组数据，并进行探究，故C错误；D．在两个实验中，小车下滑时受到重力、细线或橡皮筋的拉力、支持力和摩擦阻力，要使拉力等于合力，则都要用重力沿木板的分量来补偿摩擦阻力，使拉力的功等于合外力对小车做的功，故D正确。 故选ABD。 三、实验题 11．某实验小组设计如图所示的实验装置来验证“动能定理”。小球的质量为、直径为，小球从释放装置处由静止下落，沿竖直方向通过光电门。请回答下列问题： (1)用数字计时器测得小球通过光电门的遮光时间为，则小球通过光电门的瞬时速度可表示为________（用字母、表示）； (2)用刻度尺测量小球在释放点处球心到光电门的竖直高度，若空气阻力不计，小球下落过程中合力做的功可表示为________（用字母、、表示），根据动能定理，物理量应满足的关系式为________。 【答案】(1)，(2) 【详解】（1）由于小球通过光电门的遮光时间很短，可将这段时间内的平均速度近似当作瞬时速度： （2）[1]空气阻力不计时，小球下落过程中只有重力做功，合外力就是重力，因此合力做功：，根据动能定理，合外力做功等于物体动能的变化量：，小球初速度为0，末速度为，动能变化量为：，联立与，消去可得：，即 12．用如图所示的实验装置做“探究动能定理”的实验。 (1)下面列出了一些实验器材；电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、天平（附砝码）。除以上器材外，下列不需要的一项实验器材是：____。 A．秒表 B．交流电源 C．刻度尺 (2)为使受力结构简单，本实验___________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。 (3)小车以及车中的砝码质量用表示，盘以及盘中的砝码质量用表示，若本实验要探究的是的重力做功与组成的系统动能的增量的关系，则___________（填“需要”或“不需要”）满足。 【答案】(1)A，(2)需要，(3)不需要 【详解】（1）A．电火花打点计时器本身可以通过打点记录时间，不需要秒表，故A符合题意；B．电火花计时器工作需要220V交流电源，故B不符合题意；C．实验还需要刻度尺测量纸带上点的间距来计算速度，故C不符合题意。故选A。 （2）本实验需要让砂桶重力等于系统的合外力，因此必须提前平衡摩擦力，才能简化受力分析。 （3）本实验的研究对象是、组成的整体，合外力做功就是的重力做的功，直接计算整个系统的动能增量即可，不需要将绳子拉力近似等于，因此不需要满足 13．探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图甲所示，根据实验中力传感器的示数和纸带的测量数据等，可分别求得外力对小车做的功和小车动能的变化。 (1)关于该实验，下列说法正确的是（ ） A．连接小车的细线可以与木板不平行 B．实验中必须使钩码的质量远小于小车的质量 C．每次实验必须让小车从同一位置由静止开始下滑 D．平衡摩擦力时，应撤去钩码，但纸带要通过打点计时器和小车连接 (2)从实验中选出了一条纸带，如图乙所示。O、A、B、C、D、E、F是连续的计数点，相邻两个计数点时间间隔为T，各点到o点的距离如图乙所示，若小车质量为M，本次实验中力传感器的示数为F0。则在从A到E过程中，外力对小车做的功W=___________。小车动能变化ΔEk=___________。（均用题中所给物理量的字母表示） (3)在不同次实验中测得多组外力做的功w和对应的动能变化ΔEk的数据，作出W-ΔEk图像如图丙中a线所示，图线斜率约等于1，由此得出的结论是___________。；若图像如图丙中b线所示，则可能原因是___________。 【答案】(1)D，(2) ，(3)合力对物体所做的功等于物体动能的增量 平衡摩擦力时过度 【详解】（1）A．为了使绳子的拉力等于小车的合力，应该使得连接小车的细线与木板平行，A错误；B．由于本实验中存在力传感器，所以不需要始终满足钩码的质量远小于小车的质量，故B错误；C．在探究外力做功与物体动能变化关系的实验中，使用了纸带上两点来验证，主要是看这两点之间的动能变化与合外力做功（即砝码做功）之间的关系，所以没有必要让小车从同一位置由静止开始下滑，故C错误；D．平衡摩擦力时，应该在不悬挂钩码的条件下，调整垫块的高度，使得小车能在木板上做匀速直线运动即可，故D正确； 故选D。 （2）根据做功的定义式可知，从A到E过程中，由图乙可知，外力对小车做的功为，打A时小车的速度，打E点时的速度，所以动能的变化量； （3）作出图象如图丙中a线所示，图线斜率约等于1，表示合力对物体做的功等于物体动能的增量；b线表示当外力没有做功时，小车已经在加速运动，则其原因是平衡摩擦力过度； 14．某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验，如图中小车是在一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，当用条、条，完全相同的橡皮筋并在一起进行第次、第次实验时，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、___________。 (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（根据上面所示的纸带回答，填入相应段的字母） (5)从理论上讲，橡皮筋做的功和小车获得的速度的关系是_____________。 【答案】(1)刻度尺和交流电源，(2)D，(3)B，(4)，(5)W和成正比 【详解】（1）测量纸带上各点之间的距离需要使用刻度尺，打点计时器的电源应该选用交流电源；故填刻度尺和交流电源。 （2）实验中可以适当抬高木板的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ABC错误，D正确。故选D。 （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，物体所受合力为，摩擦力阻碍小车的运动，所以小车受到的摩擦力向后，橡皮筋对小车的力向前，橡皮筋处于伸长状态，故ACD错误，B正确。故选B。 （4）我们要验证的是“合力的功和物体速度变化关系”，小车的初速度为零，故需要知道做功完毕的末速度即最大速度，此后小车做的匀速运动，故应测纸带上的匀速运动部分，由纸带的间距可知，间距均匀的为匀速运动部分，故应测量部分。 （5）根据动能定理可知，合力做的功等于动能的变化量，所以W和成正比。 15．某同学为验证“动能定理”设计了如下实验，操作步骤如下： （1）组装器材。如图甲所示在水平桌面上安装好实验装置，其中小车质量，钩码总质量； （2）实验操作。先接通打点计时器的________（选填“直流”或“交流”）电源，再释放小车，得到一条纸带如图乙所示，已知打点周期，其中“O”点为起始点，相邻计数点A、B、C间还有4个点未画出； （3）数据处理。把钩码的总重力作为小车所受合外力，计算出打下“O”点到打下“B”点过程中合外力做功________J，打下“B”点时小车的速度________，此过程小车的动能改变量________J。（已知当地重力加速度，以上结果均保留两位有效数字）； （4）分析与反思。根据以上实验数据，该同学不能得到“合外力对物体做的功等于物体动能的改变量”，且相差很大。通过反思，他认为实验操作中没有满足，除此之外，你认为还可能存在的主要原因是______________________。 【答案】交流 0.46 0.78 0.091 存在摩擦阻力 【详解】（2）电火花打点计时器的工作电源是220V交流电，故先接通连接打点计时器的交流电源，再释放小车。 （3）已知当地重力加速度，把钩码的总重力作为小车所受合外力，打下“O”点到打下“B”点过程中合外力做功，其中，解得，已知打点周期，相邻计数点A、B、C间还有4个点未画出，打下“B”点时小车的速度，其中，解得，“O”点为起始点，小车初速度为0，因此打下“O”点到打下“B”点过程中小车的动能改变量，解得 （4）根据以上实验数据，该同学不能得到“合外力对物体做的功等于物体动能的改变量”，且相差很大。主要原因是实验操作中没有满足，除此之外，存在摩擦阻力，如桌面与小车存在摩擦，纸带与限位孔之间、绳与滑轮间也有摩擦。 16．利用如图所示装置探究合外力做功与动能变化关系。一光滑小钢球置于小车内，车内后壁装有压力传感器，车顶安装有遮光条，细绳一端系于小车上，另一端跨过固定在长木板一端的定滑轮，挂上钩码。 （1）若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，且细线调节至与长木板平行。则在实验过程中，还需要满足的条件是________。 A．钩码质量远小于小车质量 B．长木板要调节保持水平 C． 长木板要调节倾斜一特定角度以平衡阻力 （2）释放小车后，记录遮光条的挡光时间、遮光条的宽度d、遮光条到光电门的距离L，以及压力传感器示数F； （3）小车经过光电门时的速度v=________（用题中字母表示）； （4）合力对小球所做的功可表示为W=________（用题中字母表示）； （5）多次改变钩码质量，其余物理量不变，记录每次遮光条的挡光时间和压力传感器示数F，应用图像法处理数据时，下列选项中最直观、最合理的图像是________。 A．F-L B． C． D． 【答案】B D 【详解】（1）A．要使压力传感器的示数F等于小球所受的合力，小球在竖直方向上受力应平衡，且水平方向不受其他外力，不需要满足钩码质量远小于小车质量，故A错误； BC．实验中研究对象是小球，由于小球光滑，不受摩擦力作用，若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，则小球的重力一定与小车对小球的支持力平衡，即长木板要调节保持水平，故B正确，C错误。故选B。 （3）根据光电门的测速原理，小车经过光电门时的速度 （4）合力对小球所做的功可表示为 （5）令小球质量为m，对小球进行分析，根据动能定理有，整理可得，由于图像是一条过原点的倾斜直线，可知，最直观、合理的关系图像是。 故选D。 17．某实验小组利用DIS（数字信息系统）验证变力做功时的动能定理。装置示意图如图甲所示。力传感器实时记录力的大小，位移传感器实时记录对应的位移。实验步骤如下： （1）位移接收传感器和力传感器固定在木板上，遮光条和位移发射传感器固定在小车上，测出遮光条宽度为，小车整体质量为； （2）小车放置在木板上，反复调节垫块高度平衡小车与木板之间的__________，使得小车位移一时间图像近似为直线； （3）小车与力传感器之间系上轻橡皮筋，调节光电门离力传感器的距离__________（填“小于”、“大于”）轻橡皮筋原长的位置； （4）将小车移动使轻橡皮筋适当伸长，打开DIS软件，设置参数后点击“开始”，同时释放滑块。电脑自动绘制出“力一位移”图线，如图乙所示，力变零时对应位移，小车通过光电门记录时间为； （5）利用软件计算图乙曲线与轴所围的面积得到轻橡皮筋弹力所做的功，通过公式__________（用、、表示）计算得出小车动能的变化量。实验中发现略大于，原因可能是_____________（写出其中一种原因）； （6）某同学进行创新实验，测出轻橡皮筋劲度系数为，重复步骤（1）-（5）得到多组不同的、数据，绘制成图线，理论上图线应为一条直线，其斜率表达式为__________（用、、表示）。若实验测得图像斜率接近该值，则可认为变力所做的功与物体动能的变化相等，从而验证变力作用下动能定理同样适用。 【答案】摩擦力 小于 平衡摩擦力不足（木板倾角过小），摩擦力做负功；存在空气阻力；橡皮筋本身有质量，其动能变化并未被计入，导致弹力做功大于小车获得的动能等。 【详解】调节垫块高度是为了平衡小车与木板之间的摩擦力，这样小车在不受橡皮筋拉力时会做匀速直线运动，位移时间图像近似为直线。其目的是使小车所受的合力近似等于橡皮筋的弹力，从而验证变力做功与动能变化的关系。光电门应放置在小车初始位置与力传感器之间距离小于橡皮筋原长的位置，这样小车经过光电门时，橡皮筋已经恢复原长，小车的速度就是橡皮筋做功完毕后的速度。小车通过光电门的速度为，所以小车动能的变化量为，实验中发现，说明有一小部分转化成了其他形式的能量或存在能量损失。可能的原因见答案。由题意可知，就是橡皮筋的形变量，橡皮筋弹力做的功等于弹性势能的减少量，即，根据动能定理可知，橡皮筋做的功等于小车动能的增量，即，整理得，所以图像斜率的表达式为 18．某同学利用如图甲所示的装置“验证动能定理”，并完成了如下的操作： ①按如图甲所示的装置组装实验器材，调整滑轮的高度使细线与长木板平行； ②取下砂桶，将长木板的右端适当垫高，纸带穿过打点计时器，开启电源释放小车，直到在纸带上打下一系列均匀的点为止； ③挂上砂桶，并在砂桶中放入适量的沙子，用天平测出砂桶和沙的总质量为m，然后将装置由静止释放，重复操作，从其中选择一条点迹比较清晰的纸带，如图乙所示。 已知纸带中相邻两计数点间还有4个计时点未画出，计数点间的距离如图乙所示，打点计时器的打点频率，重力加速度大小为g。 (1)打下计数点4时，小车的速度大小_______m/s。 (2)若小车的质量为M，取打下计数点1~5的过程研究，若打下计数点1、5时小车的速度大小分别为和，则验证系统动能定理的表达式为：________。（用题中所给物理量符号表示） (3)若砂桶和桶中沙的总质量远小于小车的质量，根据得出的实验数据，描绘出了图像如图丙所示，其中，则小车的质量________kg。 (4)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若砂桶和桶中沙的总质量不满足远小于小车的质量，且。则从理论上分析，下列各图能正确反映关系的是________；此时若图线直线部分的斜率为k，则从理论上分析，可知小车的质量________。 A、 B、 C、 D、 【答案】(1)0.192，(2)，(3)0.4，(4)A 【详解】（1）相邻两计数点间的时间间隔为 则打下计数点4时，小车的速度大小为 （2）根据动能定理可知 （3）若砂桶和桶中沙的总质量远小于小车的质量，根据动能定理得 化简可得，结合图像可知，可得小车的质量为 （4）[1]若砂桶和桶中沙的总质量不满足远小于小车的质量，根据动能定理得，化简可得，可知图像是过原点的倾斜的直线，故选A。由上式可知，小车的质量为 试卷第6页（共13页） 第7页 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题四十五 实验：探究功与物体速度变化的关系 一、单项选择题 1．在探究功与速度变化量的关系的实验中橡皮筋释放后，关于小车的运动，下列说法正确的是　　 A．一直做匀速直线运动 B．先做匀加速直线运动，再做匀速直线运动 C．先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动 D．先做加速度增大的变加速直线运动，再做匀速直线运动 2．在“探究动能定理”的实验中，若画出的图象，应为图中的________图正确。 A． B． C． D． 3．在做“探究外力做功与物体动能变化的关系”的实验时，发现重锤减少的势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是（　　） A．选用的重锤质量过大 B．选用的重锤质量过小 C．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力 D．实验时操作不够细，实验数据测量不准确 4．如图所示是教材中做“探究橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验装置。下列说法中正确的是（　　） A．实验需要用到重锤 B．实验需要测量橡皮筋做功具体值 C．实验需要平衡小车受到的摩擦力 D．实验中小车做匀加速直线运动 5．用图所示装置做“探究功与物体速度变化的关系”的实验，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。第1次实验用1条橡皮筋，橡皮筋对小车做的功记为，当把2条、3条、4条……与第1次实验完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功为、、……，每次橡皮筋做功后小车获得的速度可通过打点计时器和纸带测出，探究小车获得的速度与橡皮筋所做功有什么定量关系。下列说法正确的是（　　） A．实验中先让小车在橡皮筋的作用下弹出，再接通打点计时器的电源 B．每次实验中橡皮筋拉伸的长度必须相同 C．实验中必须求出小车加速过程的平均速度 D．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 6．用图甲所示的装置进行探究动能定理的实验，实验时测得小车的质量为m，木板的倾角为θ。实验过程中，选出一条比较清晰的纸带，用直尺测得各点与A点间的距离如图乙所示。已知打点计时器打点的周期为T，重力加速度为g，小车与斜面间摩擦可忽略不计。若取BD段研究小车的动能变化，求动能的变化正确的表达式是（ ） A． B． C． D． 二、多项选择题 7．在探究功与速度变化的关系的实验中，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．电源的频率不稳定 B．释放小车然后才通电打点 C．没有使木板倾斜或木板倾斜的程度太小 D．小车受到的阻力较大 8．关于探究功与速度关系的实验，下列说法不正确的是（　　） 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必须一致 C．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值 D．放小车的长木板应尽量保持水平 9．在探究拉力做功与动能变化的实验中，某同学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．造成这一情况的原因可能是(　　) 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 10．“探究功与速度变化的关系”这一实验有以下两种方案： 方案一：如图1所示，由钩码通过滑轮牵引小车，把钩码所受重力当作小车所受的合力来进行探究； 方案二：如图2所示，使小车在橡皮筋的作用下弹出，探究橡皮筋做的功与小车速度变化的关系。关于上述两种方案，下列说法正确的是（　　） A．方案一中要求钩码质量远小于小车质量 B．方案二中不用测出橡皮筋所做功的具体数值 C．两种方案中一条纸带都只能获取一组数据 D．两种方案均需倾斜木板来补偿小车所受阻力的影响 三、实验题 11．某实验小组设计如图所示的实验装置来验证“动能定理”。小球的质量为、直径为，小球从释放装置处由静止下落，沿竖直方向通过光电门。请回答下列问题： (1)用数字计时器测得小球通过光电门的遮光时间为，则小球通过光电门的瞬时速度可表示为________（用字母、表示）； (2)用刻度尺测量小球在释放点处球心到光电门的竖直高度，若空气阻力不计，小球下落过程中合力做的功可表示为________（用字母、、表示），根据动能定理，物理量应满足的关系式为________。 12．用如图所示的实验装置做“探究动能定理”的实验。 (1)下面列出了一些实验器材；电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、天平（附砝码）。除以上器材外，下列不需要的一项实验器材是：____。 A．秒表 B．交流电源 C．刻度尺 (2)为使受力结构简单，本实验___________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。 (3)小车以及车中的砝码质量用表示，盘以及盘中的砝码质量用表示，若本实验要探究的是的重力做功与组成的系统动能的增量的关系，则___________（填“需要”或“不需要”）满足。 13．探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图甲所示，根据实验中力传感器的示数和纸带的测量数据等，可分别求得外力对小车做的功和小车动能的变化。 (1)关于该实验，下列说法正确的是（ ） A．连接小车的细线可以与木板不平行 B．实验中必须使钩码的质量远小于小车的质量 C．每次实验必须让小车从同一位置由静止开始下滑 D．平衡摩擦力时，应撤去钩码，但纸带要通过打点计时器和小车连接 (2)从实验中选出了一条纸带，如图乙所示。O、A、B、C、D、E、F是连续的计数点，相邻两个计数点时间间隔为T，各点到o点的距离如图乙所示，若小车质量为M，本次实验中力传感器的示数为F0。则在从A到E过程中，外力对小车做的功W=___________。小车动能变化ΔEk=___________。（均用题中所给物理量的字母表示） (3)在不同次实验中测得多组外力做的功w和对应的动能变化ΔEk的数据，作出W-ΔEk图像如图丙中a线所示，图线斜率约等于1，由此得出的结论是___________。；若图像如图丙中b线所示，则可能原因是___________。 14．某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验，如图中小车是在一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，当用条、条，完全相同的橡皮筋并在一起进行第次、第次实验时，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、___________。 (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（根据上面所示的纸带回答，填入相应段的字母） (5)从理论上讲，橡皮筋做的功和小车获得的速度的关系是_____________。 15．某同学为验证“动能定理”设计了如下实验，操作步骤如下： （1）组装器材。如图甲所示在水平桌面上安装好实验装置，其中小车质量，钩码总质量； （2）实验操作。先接通打点计时器的________（选填“直流”或“交流”）电源，再释放小车，得到一条纸带如图乙所示，已知打点周期，其中“O”点为起始点，相邻计数点A、B、C间还有4个点未画出； （3）数据处理。把钩码的总重力作为小车所受合外力，计算出打下“O”点到打下“B”点过程中合外力做功________J，打下“B”点时小车的速度________，此过程小车的动能改变量________J。（已知当地重力加速度，以上结果均保留两位有效数字）； （4）分析与反思。根据以上实验数据，该同学不能得到“合外力对物体做的功等于物体动能的改变量”，且相差很大。通过反思，他认为实验操作中没有满足，除此之外，你认为还可能存在的主要原因是______________________。 16．利用如图所示装置探究合外力做功与动能变化关系。一光滑小钢球置于小车内，车内后壁装有压力传感器，车顶安装有遮光条，细绳一端系于小车上，另一端跨过固定在长木板一端的定滑轮，挂上钩码。 （1）若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，且细线调节至与长木板平行。则在实验过程中，还需要满足的条件是________。 A．钩码质量远小于小车质量 B．长木板要调节保持水平 C． 长木板要调节倾斜一特定角度以平衡阻力 （2）释放小车后，记录遮光条的挡光时间、遮光条的宽度d、遮光条到光电门的距离L，以及压力传感器示数F； （3）小车经过光电门时的速度v=________（用题中字母表示）； （4）合力对小球所做的功可表示为W=________（用题中字母表示）； （5）多次改变钩码质量，其余物理量不变，记录每次遮光条的挡光时间和压力传感器示数F，应用图像法处理数据时，下列选项中最直观、最合理的图像是________。 A．F-L B． C． D． 17．某实验小组利用DIS（数字信息系统）验证变力做功时的动能定理。装置示意图如图甲所示。力传感器实时记录力的大小，位移传感器实时记录对应的位移。实验步骤如下： （1）位移接收传感器和力传感器固定在木板上，遮光条和位移发射传感器固定在小车上，测出遮光条宽度为，小车整体质量为； （2）小车放置在木板上，反复调节垫块高度平衡小车与木板之间的__________，使得小车位移一时间图像近似为直线； （3）小车与力传感器之间系上轻橡皮筋，调节光电门离力传感器的距离__________（填“小于”、“大于”）轻橡皮筋原长的位置； （4）将小车移动使轻橡皮筋适当伸长，打开DIS软件，设置参数后点击“开始”，同时释放滑块。电脑自动绘制出“力一位移”图线，如图乙所示，力变零时对应位移，小车通过光电门记录时间为； （5）利用软件计算图乙曲线与轴所围的面积得到轻橡皮筋弹力所做的功，通过公式__________（用、、表示）计算得出小车动能的变化量。实验中发现略大于，原因可能是_____________（写出其中一种原因）； （6）某同学进行创新实验，测出轻橡皮筋劲度系数为，重复步骤（1）-（5）得到多组不同的、数据，绘制成图线，理论上图线应为一条直线，其斜率表达式为__________（用、、表示）。若实验测得图像斜率接近该值，则可认为变力所做的功与物体动能的变化相等，从而验证变力作用下动能定理同样适用。 18．某同学利用如图甲所示的装置“验证动能定理”，并完成了如下的操作： ①按如图甲所示的装置组装实验器材，调整滑轮的高度使细线与长木板平行； ②取下砂桶，将长木板的右端适当垫高，纸带穿过打点计时器，开启电源释放小车，直到在纸带上打下一系列均匀的点为止； ③挂上砂桶，并在砂桶中放入适量的沙子，用天平测出砂桶和沙的总质量为m，然后将装置由静止释放，重复操作，从其中选择一条点迹比较清晰的纸带，如图乙所示。 已知纸带中相邻两计数点间还有4个计时点未画出，计数点间的距离如图乙所示，打点计时器的打点频率，重力加速度大小为g。 (1)打下计数点4时，小车的速度大小_______m/s。 (2)若小车的质量为M，取打下计数点1~5的过程研究，若打下计数点1、5时小车的速度大小分别为和，则验证系统动能定理的表达式为：________。（用题中所给物理量符号表示） (3)若砂桶和桶中沙的总质量远小于小车的质量，根据得出的实验数据，描绘出了图像如图丙所示，其中，则小车的质量________kg。 (4)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若砂桶和桶中沙的总质量不满足远小于小车的质量，且。则从理论上分析，下列各图能正确反映关系的是________；此时若图线直线部分的斜率为k，则从理论上分析，可知小车的质量________。 A、 B、 C、 D、 试卷第6页（共13页） 第5页 学科网（北京）股份有限公司 $