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

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1、課時(shí)訓(xùn)練3　探究做功與物體速度變化的關(guān)系和驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,用該裝置做實(shí)驗(yàn)時(shí), (1)下列步驟中,不可缺少的操作是　　　　(填字母)。? A.測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量 B.測(cè)出橡皮筋的伸長(zhǎng)量 C.用量角器測(cè)出長(zhǎng)木板的傾角 D.改變橡皮筋條數(shù)后將小車(chē)從同一位置釋放 (2)實(shí)驗(yàn)中,要求通過(guò)調(diào)整木板的傾角來(lái)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(shí)釋放小車(chē),小車(chē)能夠下滑 B.不連接紙帶時(shí)輕推小車(chē),小車(chē)能夠勻速下滑 C.釋放小車(chē)后,拖著紙帶的小車(chē)能夠下滑 D.輕推一下小車(chē),拖著

2、紙帶的小車(chē)能夠勻速下滑 答案:(1)D　(2)D 2.(2019·東陽(yáng)中學(xué)期中)在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),小車(chē)在橡皮筋彈力的作用下被彈出,沿木板滑行,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。 (1)關(guān)于實(shí)驗(yàn)中的操作或分析,下列敘述正確的是　　　　。? A.實(shí)驗(yàn)中所選用橡皮筋的規(guī)格要一致 B.實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致 C.小車(chē)在橡皮筋的作用下保持無(wú)初速度彈出 D.每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車(chē)做功的具體數(shù)值 (2)實(shí)驗(yàn)中,甲、乙兩位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作均正確。甲同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)

3、驗(yàn)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(píng)價(jià)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(shí)驗(yàn)中直接去測(cè)量一個(gè)正做變速運(yùn)動(dòng)物體所受的拉力是很困難的。橡皮筋拉動(dòng)小車(chē)的彈力雖然是個(gè)變力,但這個(gè)彈力做的功數(shù)值上就等于橡皮筋發(fā)生形變時(shí)所具有的彈性勢(shì)能,而這個(gè)彈性勢(shì)能又與橡皮筋的形變量相對(duì)應(yīng);橡皮筋的形變量一定,這個(gè)彈力做的功就是一定的。實(shí)驗(yàn)時(shí),我們?cè)黾酉嗤南鹌そ畹臄?shù)量,使功的大小成倍數(shù)增加,每次實(shí)驗(yàn)不必設(shè)法算出橡皮

4、筋對(duì)小車(chē)做功的具體數(shù)值,但是實(shí)驗(yàn)中所選用橡皮筋的規(guī)格要一致,故A正確,D錯(cuò)誤;每次實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度一定要保持一致,故B錯(cuò)誤;每次小車(chē)在橡皮筋的作用下保持無(wú)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(shí),圖線為直線;當(dāng)n<1時(shí),圖線向下彎曲;當(dāng)n>1時(shí),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(cuò)誤。 答案:(1)AC　(2)A 3.如圖甲,在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中: (1)除鐵架臺(tái)、鐵夾、交流電源、紙

5、帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(cè)力計(jì) (2)某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中得到了一條紙帶,下列正確的是　　　　。? A.實(shí)驗(yàn)所用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,應(yīng)接在6 V直流電源上 B.實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)中測(cè)得如圖乙所示三段位移,O點(diǎn)為起始點(diǎn),已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)間隔為T(mén),則他需要驗(yàn)證O到C過(guò)程的機(jī)械能守恒表達(dá)式為　 。? 解析:(1)為了測(cè)

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

7、的增加量為ΔEk=m=m()2 因此只需要驗(yàn)證mg(s0+s1)=m()2 即g(s0+s1)=,就可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒。 答案:(1)B　(2)C　(3)g(s0+s1)= 4.(1)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn),已有鐵架臺(tái)、鐵夾、電源、紙帶、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,還必須選取的器材是　　　　。? (2)某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,①在重錘的正下方地面鋪海綿;②調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩個(gè)限位孔連線為豎直;③重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)。以上操作可減小實(shí)驗(yàn)誤差的是　　　　(填序號(hào))。? 答案:(1)BD　(2)②③ 5.如圖甲所示,某同學(xué)用自由落體法“驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所取的重力加速度g的值,應(yīng)該　　　　　。? A.取當(dāng)?shù)氐膶?shí)際g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(jì)時(shí)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(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn),用刻度尺量得,xAB= 4.15 cm,xBC=4.53 cm,則打下B點(diǎn)時(shí)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(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn),導(dǎo)致紙帶可使用長(zhǎng)度太短。 (2)本實(shí)驗(yàn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)測(cè)速度,不需要秒表,但需要測(cè)量重物下落的距離,所以需要刻度尺,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源,不需要干電池,故A,C錯(cuò)誤,B正確。 (3)本實(shí)驗(yàn)的g值應(yīng)取當(dāng)?shù)氐膶?shí)際值,因?yàn)轵?yàn)證機(jī)械能守恒,所以計(jì)算重物的重力勢(shì)能減少量時(shí),需要當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?故A正確,B,C 錯(cuò)誤。 (4)頻率為50 Hz,打點(diǎn)周期為T(mén)==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(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置(說(shuō)明:實(shí)驗(yàn)中橡皮筋型號(hào)相同)。 (1)關(guān)于橡皮筋做功,下列說(shuō)法正確的是　　　　。? A.橡皮筋做功的具體值可以直接測(cè)量 B.橡皮筋在小車(chē)運(yùn)動(dòng)的全程中始終做功 C.通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功成整數(shù)倍增加 D.若橡皮筋伸長(zhǎng)量變?yōu)樵瓉?lái)的2倍,則橡皮筋做功也增加為原來(lái)的 2倍 (2)實(shí)驗(yàn)中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條、……合并起來(lái)掛在小車(chē)的前端進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次都要把小車(chē)?yán)酵晃恢迷籴尫判≤?chē)。橡皮筋對(duì)小車(chē)做功后而使小車(chē)獲得的速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶測(cè)出,打

11、點(diǎn)計(jì)時(shí)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(chē)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(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的W-v草圖如圖丙所示,根據(jù)圖線形狀,可知對(duì)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(shí)驗(yàn)中每條橡皮筋做功的具體值無(wú)法直接測(cè)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(cuò)誤;橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后,不再對(duì)小車(chē)產(chǎn)生彈力,不再對(duì)小車(chē)做功,B錯(cuò)誤;根據(jù)A選項(xiàng)的分析可知,通過(guò)改變橡皮筋的數(shù)目,可以使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功成

12、整數(shù)倍增加,C正確;根據(jù)彈性勢(shì)能表達(dá)式Ep=kx2,伸長(zhǎng)量變?yōu)?倍,勢(shì)能增大4倍,對(duì)外做功也增加4倍,D 錯(cuò)誤。 (2)小車(chē)先在橡皮筋的拉力作用下加速,當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后,小車(chē)不再受拉力,將做勻速運(yùn)動(dòng),根據(jù)勻速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律求得小車(chē)速度 v== m/s=2.0 m/s。 (3)根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)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(lái)“驗(yàn)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(jì)時(shí)器打點(diǎn)更準(zhǔn)確 B.減小了空氣阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)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(dòng)而造成摩擦增大 (2)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)重物增加的動(dòng)能略小于減少的重力勢(shì)能,其主要原因是　　　　(填字母)。? A.重物的質(zhì)量過(guò)大 B.重物的體積過(guò)小 C.電源的電壓偏低 D.重物及紙帶在下落時(shí)受到阻力 (3)從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn),測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h,并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2,以為縱軸,以h為橫軸,根據(jù)實(shí)驗(yàn)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?yàn)橛脢A子固定紙帶,可以避免用手握紙帶時(shí)手的抖動(dòng)的弊端。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電火花計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)誤差無(wú)關(guān)。 (3)從紙帶上選取多個(gè)點(diǎn),測(cè)量從第一點(diǎn)到其余各點(diǎn)的下落高度h,并計(jì)算各點(diǎn)速度的平方v2,則需驗(yàn)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(guò)原點(diǎn)且斜率為g的直線。 答案:(1)D　(2)D　(3)過(guò)原點(diǎn)的一條傾斜直線　重力加速度g 8.(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,下列物理量中需要用工具測(cè)量的有　　　　,通過(guò)計(jì)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(duì)應(yīng)的重物瞬時(shí)速度 (2)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,有如下可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材: A.鐵架臺(tái)　B.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及復(fù)寫(xiě)紙　C.紙帶　D.低壓直流電源　E.天平　F.秒表　G.導(dǎo)線　H.開(kāi)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(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的裝置示意圖,已知該打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shuō)明1點(diǎn)的速度等于　　　　。? 解析:(1)A.在驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí),是驗(yàn)證減少的重力勢(shì)能與增加的動(dòng)能相等,即mgh=m-m,所以gh=-,兩邊質(zhì)量消去,所以不需要測(cè)量質(zhì)量; B.重力加速度是和地球有關(guān)的一個(gè)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(lái)測(cè)量; D.利用中點(diǎn)時(shí)刻的速度等于平均速度可以計(jì)算出重物瞬時(shí)速度,故分別選C和D。 (2)①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)用的是交流電,所以不需要低壓直流電源,由于驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)公式前后都有質(zhì)量,所以不需要測(cè)量質(zhì)量,利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可直接讀出時(shí)間,所以也不需要秒表,故選DEF。 ②電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)需要一個(gè)低壓交流電源;在測(cè)量下降的高度時(shí)需要利用刻度尺來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度;在做此實(shí)驗(yàn)時(shí)需要一個(gè)重物拉著紙帶運(yùn)動(dòng),故還需要的器材有IKL。 (3)①兩圖相比較,甲圖較好,因?yàn)閵A子的存在可以有效防止紙帶的來(lái)回晃動(dòng),減小摩擦,減小實(shí)驗(yàn)誤差;②當(dāng)重物從靜止釋放時(shí),根據(jù) h=gt2=×9.8×(0.02)2 m=0.001 96 m≈2 mm,說(shuō)明1點(diǎn)的速度等于零。 答案:(1)C　D　(2)①DEF?、贗KL　(3)①甲　②0 - 8 -