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1、第四讲实验：探究功与速度变化的关系1 .在“探究动能定理”的实验中，某同学是用下面的方法和器材进行实验的：放在长木板上的小车，由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动，小车拉动固定在它上面的纸带，纸带穿过打点计时器，关于这一实验，下列说法中正确的是（）A.长木板要适当倾斜，以平衡小车运动中受到的阻力8 .重复实验时，虽然用到橡皮筋的条数不同，但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同C.利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最密集的部分进行计算D.利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算答案 ABD2.在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某实验小组采用
2、如图所示的装置.实验步骤如下：把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器；改变木板的倾角，以重 力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力；用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬 吊的沙桶相连；接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下 一系列的点，测出x、X1、X2（如图所示），查得打点周期为 T.判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是 ,本实验还需直接测量的物理量是： .（用相应的符号表示）探究结果的表达式是 .（用相应的符号表示）答案不挂重物时纸带上点迹间距相等小车的质量M沙及沙桶的质量m mgx=；畸.2 一项第3 .在探究功和动能改
3、变之间的关系时，初动能为零，试判断下列各图像正确的是（）-8 -一， 12解析 由W= 2mV0知 此v图线应当是抛物线，故选 A.答案 A4 .在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材：A.打点计时器；B.天平；C.秒表；D.低压交流电源；E.电池；F.纸带；G.细线、祛码、 小车、祛码盘；H.薄木板.（1）其中多余的器材是 （填对应字母），缺少的器材是 .（2）测量时间的工具是 ;测量质量的工具是 .（填对应字母）（3）下图是打点计时器打出的小车 （质量为m在恒力f作用下做匀加速直线运动的纸带.测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为工请分析，利用这些数据能否验
4、证动能定理？若不能，请说明理由；若能，请说出做法，并对这种做法做出评价.解析(1)计算小车速度是利用打上点的纸带，故不需要秒表.打点计时器应使用低压交流电源，不需要电池，故多余的器材是C、E.测量点之间的距离要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺.(2)测量时间的工具是 A打点计时器，测量质量的工具是B天平.(3)能 从A到B的过程中，恒力做的功为 WB= Fxab物体动能的变化量为L L 1 2 1 2 1 XB 2 1 XA 2 1 xB-xA国0= 2mv2m- 2m尹厂 2m析厂 2F 221 Xb Xa只要验证 Fxab= 2m 4T2 即可.优点：A、B两点的距离较远，测量时的相
5、对误差较小；缺点：只进行了一次测量验证，说服力不强.答案 (1)C、E毫米刻度尺(2)A B(3)见解析5 .某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，提出以下几种猜想：Wv,Wv2,W取 .他们的实验装置如图所示，PQ为一块倾斜放置的木板，在 Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过 Q点的速度).在刚开始实验时，有位同学提 出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器 的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议.(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么？(2)让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初始位置到速度传感器的距离L1
6、、L2、L3、L4，读出物体每次通过速度传感器 Q的速度V1、V2、V3、V4、，并绘制了如图所 示的L v图像.根据绘制出的 L v图像，若为了更直观地看出 L和v的变化关系，他们下 一步应该作出()A. Lv2图像B. L- W图像C. L-图像D. L-；图像vv(3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？12解析 因为 怔AE,而此mgsin 0 - cos 0 )L, AE=2mv,等式两边都有 中 所 以探究W与v的关系可以不用测量质量m(2)由于题图是关于“ Lv”的图像，该图像为曲线，不便于直观地看出L和v的变化关系，所以，下一步应作出“ Lv2”的图像，应
7、选 A.(3)在实验中，由于物体在斜面上运动时，所受的合力是确定的，即F合=masin 0 科cos。)，所以摩擦力的大小不会影响L和v的关系.答案(1)见解析(2)A(3)不会6 .某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装 置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细砂.当 滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态.若你 是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：打点气时器号块 细线 滑轮纸带水平实验台/J小沙桶(1)你认为还需要的实验器材有 .(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重
8、力大小基本相等，沙和沙桶的总质 量应满足的实验条件是, 实验时首先要做的步骤是 .(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M往沙桶中装入适量的细沙， 用天平称出此时沙和沙桶的总质量m让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距 L和这两点的速度大小 vi与v2(viv2).则本实验最终要验证的数学表达式为 (用题中的字母表示实验中测量得到的物理量).解析(1)测量滑块质量 M及沙和沙桶的总质量 m必须用到天平，而根据纸带测滑块运动 的位移和对应速度要用到刻度尺.(2)平衡摩擦力以后，由牛顿第二定律可求出滑块受到的合力Mmg mg
9、 _ 一，号可见,只有n? M时，F才基本等于 mg 对滑块来说，合外力的功 WW mgL此过程中动能的增加量A Ek = Mv- Mv故最终要验证的“动能定理”表达式为mg上 2加2Mv.答案(i)天平、刻度尺平衡摩擦力(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量1. .212(3) mgL= /Mv iMv7.探究能力是进行物理学研究的重要 能力之一.物体因绕轴转动而具有的动能叫转 动动能，转动动能的大小与物体转动的角速度 有关.为了研究某一砂轮的转动动能Ek与角速度3的关系，某同学采用了下述实验方法进 行探索：如图所示，先让砂轮由动力带动匀速 旋转，测得其角速度3 ,然后让砂轮脱离动力，由于克
10、服转轴间摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n,通过分析实验数据，得出结论.经实验测得的几组 3和n如下表所示：w /(rad - s 1)0.51234n5.02080180320E/J另外已测得砂轮转轴的直径为1 cm,转轴间的摩擦力为 一N.兀(1)计算出砂轮每次脱离动力的转动动能，并填入上表中.(2)由上述数据推导出该砂轮的转动动能Ek与角速度3的关系式为 .解析 (1)从脱离动力到最后停止转动，由动能定理得Ff n 兀D= 0国，即 国=nFf兀D= 0.1 n 将n的不同数值代入，可得到相应的转动动能如下表：Ek/J0.5281832答案2(2) E = 2 wEk/J0.5281832