高中物理人教版 (新课标)必修26.实验：探究功与速度变化的关系巩固练习

第六节  探究功与物体速度变化的关系

5分钟训练(预习类训练，可用于课前)

1.如图5-6-1甲所示，物体在力F的作用下由静止开始运动，F随物体位移的变化图线如图乙所示.在物体移动5 m的过程中，力F所做的功为多少？

                      甲                              乙

图5-6-1

答案：35 J

2.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，为了让功成倍地增加，你应该怎样做？你测出功是多少了吗？

答案：选用相同的橡皮筋，不必测出功的多少

3.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，小车在运动中受到了哪些阻力？

答案：小车与斜面间的滑动摩擦力，振针与纸带的摩擦力以及空气阻力等.

4.在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，经过实验得出的数据是准确的吗？

答案：不能保证数据是准确的

10分钟训练(强化类训练，可用于课中)

1.对于橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难的.我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决，只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍，使用的方法是（    ）

A.用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次为s、2s、3s……进行第1次、第2次、第3次……实验时力对小车做的功就是W、2W、3W、……

B.让小车通过相同的距离，第1次力为F，第2次力为2F、第3次力为3F……实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W……

C.选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次……实验时，橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3W……

D.利用弹簧秤测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力作用下移动的距离s，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W、2W、3W……

答案：C

2.在本实验中，小车在运动中会受到阻力作用.这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差，我们在实验中想到的办法是使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下面说法中正确的是（    ）

A.木板只要稍微倾斜一下即可，没有什么严格的要求

B.木板的倾斜角度在理论上应满足下面条件，即重力使物体沿斜面下滑的分力应等于小车受到的阻力

C.如果小车在滑行的木板上能做匀速运动，则木板的倾斜程度是符合要求的

D.其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的

答案：BC

3.在上面的实验中作出的W-v曲线如图5-6-2所示，应为（    ）

图5-6-2

答案：B

4.如图5-6-3所示为探究功与物体速度变化关系过程得出的一条纸带.

图5-6-3

(1)应选哪些点距进行测量?

(2)怎样根据测得数据确定小车的速度?

解析：(1)C、D间距最大，最大速度点一定在C、D之间；

(2)在可测量的点中，C点的速度最接近最大速度，可测量的最短时间就是tCD.

答案：(1)选用CD段

(2)v=

5.以v2为横坐标，W为纵坐标，画出的图象为__________，说明W与v2的关系__________.

解析：通过本实验的实验数据的处理，可以得到，W与v2是成正比的关系，既然是成正比关系，那么画出的Wv2应该是一条过坐标原点的直线.

答案：过原点的直线  成正比

6.测小车速度时，应选用纸带的前半段，还是后半段?

解析：当小车由静止开始运动，运动得越来越快，小车运动一段时间后，橡皮筋的弹力越来越小，当橡皮筋的弹力减小到等于零时，小车的速度达到最大，此后小车不再受橡皮筋的作用力，因此测小车速度时，应选用纸带的后半段进行测量.

答案：后半段

30分钟训练(巩固类训练，可用于课后)

1.实验时，拖着纸带的小车在橡皮筋的作用下由静止运动到板底端，在此过程中，打点计时器在纸带上打出的点距情况是（    ）

A.始终是均匀的                             B.先减小后增大

C.先增大后减小                             D.先增大后不变

答案：D

2.在探究功与物体速度变化关系的实验中，某同学在一次实验中得到了一条如图5-6-4所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间疏.出现这种情况的原因可能是（    ）

图5-6-4

A.电源的频率不稳定

B.木板倾斜程度太大

C.没有使木板倾斜或倾斜角太小

D.小车受到的阻力较大

.答案：CD

3.关于探究功与物体速度变化的关系实验中，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使其水平

D.先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出

答案：D

4.若打点计时器打点时间间隔是0.02 s，则通过如图5-6-5所示的纸带的点距可求出小车由于橡皮筋做功后而获得的速度为__________m/s.

图5-6-5

解析：题目要求小车由于橡皮筋的弹力做功后获得的速度，则此时小车应该脱离弹簧，所以小车将做匀速直线运动.体现在纸带上，应该选取打点均匀的一部分计算小车的最终速度，故有v= m/s=1.2 m/s.

答案：1.2

5.利用重物自由下落过程，探究物体的速度与重力做功的实验中，有如下可供选择的实验仪器：铁架台、打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、开关.其中，不必要的器材是________，缺少的器材是________.为了减少实验误差，重锤的质量应尽量________（填“大”或“小”）.

解析及答案：本题考查实验仪器的选择问题，在解答这类问题时，要知道这个实验的步骤和实验所需的器材.在题中所给的器材中，选择出需要的实验器材，不必要的有：低压直流电源、天平、秒表，缺少的器材有：低压交流电源、重锤、刻度尺.为了减小实验误差，重锤的质量应尽量选大一点的，这样可以使空气阻力相对小一些，有利于减小误差.

6.在小车牵引纸带运动的过程中，打点计时器记录了小车的运动情况，如图5-6-6所示.图中A、B、C、D、E为相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s.试计算：

图5-6-6

各点的瞬时速度：

va=_____m/s，vb=_____m/s，vc=_____m/s，vD=_____m/s，vE=_____m/s.

解析：求打点计时器打某一点时的瞬时速度，利用公式vt==来求解，A点是小车开始运动的第一个点，所以A点的速度为零，即va=0，B点的速度为vb== m/s=0.6 m/s，同理可得B、C、D、E其余四个点的速度的大小.

答案：0  0.6  1.2  1.8  2.4

7.试利用匀变速运动的公式和重力做功的计算式，推导：自由落体运动中，物体运动速度的平方与重力做功成正比.

解析：根据自由落体运动的规律，有v2=2gh，当物体下落高度为h时，物体的重力做功为W=mgh，则=常数，即v2∝W.

8.某同学在探究功与物体速度变化的关系时，设计了如图5-6-7所示的实验，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器或电火花计时器.先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方.然后，接通电源，松开纸带，让重物自由落下，计时器就在纸带上打下一系列小点.得到的纸带如图所示，O点为计时器打下的第1个点.该同学对数据进行了下列处理：取OA=AB=BC，并根据纸带算出了A、B、C三点的速度分别为

va=0.12 m/s，vb=0.17 m/s，vc=0.21 m/s

根据以上数据你能否大致判断W∝v2？

图5-6-7

解析：设由O到A的过程中，重力对重物所做的功为W，那么由O到B过程中，重力对重物所做的功为2W，由O到C过程中，重力对重物所做的功为3W.

由计算可知，va2=1.44×10-2 m2/s2，vc2=4.41×10-2 m2/s2，

≈2，≈3，即vb2≈2va2，vc2≈3va2，

由以上数据可以判定W∝v2是正确的，也可以根据W∝v2曲线来判断.

答案：可以判定

9.在图5-6-8中，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行.现在，我们用1条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次……实验.实验中，如果橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么每次橡皮筋对小车做的功可记作1W、2W、3W……对每次打出的纸带进行处理，求出小车的速度v，记录见表格.请你猜一猜：小车速度v与橡皮筋所的功有什么定量关系？并试着在5-6-9中作出功W与速度的平方v2的关系图象.

                        图5-6-8                      图5-6-9

答案：W∝v2或v∝

10.为了只用一根弹簧和一把刻度尺测定某滑块与水平桌面间的动摩擦因数μ(设为定值)，某同学经查阅资料知，一劲度系数为k的轻弹簧由伸长量为x至恢复到原长的过程中，弹力做功为kx2，于是他设计了以下实验：

图5-6-10

a.如图5-6-10所示，将弹簧的一端固定在竖直墙上，弹簧处于原长时另一端在A点.现推动滑块将弹簧压缩至B点，松手后滑块在水平桌面上运动一段距离，到达C点时停止；

b.将滑块挂在竖直放置的弹簧下，弹簧伸长后保持静止状态.

请回答下列问题：

(1)你认为，该同学应该用刻度尺直接测量的物理量有哪些(写出名称并用符号表示)?

(2)用测得的物理量表示滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ.

解析：本题属于探索性实验，需要将日常生活中学到的知识应用到题中所给出的问题情景中，根据题中已知的条件可以知道，该同学利用刻度尺直接测量的量有：需要用刻度尺测出AB间的距离x、BC间的距离s和弹簧竖直悬挂滑块时伸长的长度x2；然后再根据滑块的运动，求滑块与水平桌面之间的动摩擦因数μ的表达式.滑块在整个运动过程中，只有弹力和摩擦力做功，根据能量的转化关系，有kx12=μmgs，而kx=mg，所以μ=.

答案：需要用刻度尺测出AB间的距离x、BC间的距离s和弹簧竖直悬挂滑块时伸长的长度x2；μ=