2021高考物理大一轮复习题组层级快练：第五单元 机械能 作业25 Word版含答案

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1．某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如下图，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W.当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3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、刻度尺和________．
(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掉摩擦阻力，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)下图给出了某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得O点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA＝5.65 cm，OB＝7.12 cm，OC＝8.78 cm，OD＝10.40 cm，OE＝11.91 cm.已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm＝________ m/s.
答案 (1)交流电源 (2)D (3)B (4)0.83
解析 (1)打点计时器使用的是交流电，故需要交流电源．
(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A、B、C项错误，D项正确．
(3)若木板水平放置，对小车受力分析可知，小车速度最大时小车受到的合力应为零，即小车受到的橡皮筋拉力与摩擦力相等，橡皮筋应处于伸长状态；小车在两个铁钉的连线的左侧，尚未到两个铁钉的连线处，故A、C、D项错误，B项正确．
(4)所给数据知BC＝8.78 cm－7.12 cm＝1.66 cm，最大速度vm＝eq \f(1.66×10－2,0.02) m/s＝0.83 m/s.
2．在探究功与速度变化的关系的实验中，某实验小组组装了一套如图甲所示的装置，拉力传感器固定在小车上，一端与细绳相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接，打点计时器打点周期为T，实验的部分步骤如下：
甲
(1)平衡小车所受的阻力：不挂钩码，调整木板右端的高度，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列________的点．
(2)测量小车和拉力传感器的总质量M，按图组装好仪器，并连接好所需电路，将小车停在打点计时器附近，先接通拉力传感器和打点计时器的电源，然后________，打出一条纸带，关闭电源．
(3)在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带如图乙所示，在纸带上按打点先后顺序依次取O、A、B、C、D、E等多个计数点，各个计数点到O点间的距离分别用hA、hB、hC、hD、hE、……表示，则小车和拉力传感器在计时器打下D点时的动能表达式为________，若拉力传感器的读数为F，计时器打下A点到打下D点过程中，细绳拉力对小车所做功的表达式为________．
(4)某同学以A点为起始点，以A点到各个计数点动能的增量ΔEk为纵坐标，以A点到各个计数点拉力对小车所做的功W为横坐标，得到一条过原点的倾角为45°的直线，由此可以得到的结论是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________.
答案 (1)间距相等 (2)释放小车
(3)eq \f(M（hE－hC）2,8T2) F(hD－hA)
(4)外力所做的功等于物体动能的变化量
解析 (1)当打点计时器能在纸带上打出一系列间距相等的点时，小车做匀速直线运动，受力平衡．
(2)在组装好实验装置的基础上，进行实验时应先接通电源，再释放小车．
(3)D点的瞬时速度等于CE段的平均速度，即vD＝eq \f(hE－hC,2T)，故打下D点时的动能为EkD＝eq \f(1,2)MvD2＝eq \f(M（hE－hC）2,8T2)；拉力对小车做的功为W＝F(hD－hA)．
(4)因图线是一条过原点的直线且直线的倾角为45°，可得出方程式ΔEk＝W，故可得结论：外力所做的功等于物体动能的变化量．
3．某研究小组设计了一个实验，来探究自行车的初速度与其克服阻力做功的关系．实验的主要步骤是：
①找一段平直的路面，并在路面上画一道起点线．
②骑上自行车用较快速度驶过起点线时，从车把手处自由释放一团很容易辨别的橡皮泥．
③车驶过起点线后就不再蹬自行车脚蹬，让车依靠惯性直线继续前进；
④待车停下，记录自行车停下时的位置；
⑤用卷尺量出起点线到橡皮泥落地点间的距离s、起点线到终点的距离l及车把手处离地高度h.若设自行车在行驶中所受的阻力为f并保持恒定．
(1)自行车经过起点线时的速度v＝________；(用已知物理量和所测量得到的物理量表示)
(2)自行车经过起点线后克服阻力做功W＝________；(用己知物理量和所测量得到的物理量表示)
(3)多次改变自行车经过起点的初速度，重复上述实验步骤②－④，则每次只需测量上述物理量中的________和________，就能通过数据分析达到实验目的．
答案 (1)seq \r(\f(g,2h)) (2)fl (3)s，l
4．(2017·濮阳模拟)质量为1 kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动的过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交流电源．如图甲所示，纸带上O点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点的距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，单位为mm，重力加速度为9.8 m/s2，则
(1)求出B、C、D、E、F各点速度并填入下表．
(2)求出重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功．
(3)适当选择坐标轴，在图乙中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图．
图中纵坐标表示________，横坐标表示________，由图可得重力所做的功与________成________关系．
答案 (1)1.18 1.57 1.96 2.35 2.74
(2)0.69 1.23 1.92 2.76 3.76
(3)见解析图 重力做的功WG 速度的平方v2 速度的平方v2 正比
解析 (1)各点速度由公式v＝eq \f(Δx,Δt)，求出vB＝eq \f(AC,Δt)＝eq \f(（125.4－31.4）×10－3,4×0.02) m/s≈1.18 m/s，同理vC≈1.57 m/s，vD≈1.96 m/s，vE≈2.35 m/s，vF≈2.74 m/s
(2)由重力做的功W＝mgΔx求出WB＝mgOB＝1×9.8×70.6×10－3 J≈0.69 J，同理WC≈1.23 J，WD≈1.92 J，WE≈2.76 J，WF≈3.76 J
(3)如图所示．
由图可得重力所做的功与速度的平方v2成正比．
5．图中所示的装置可用来探究做功与速度变化的关系．倾角为θ的斜面体固定在实验台上，不计斜面摩擦．将光电门固定在斜面体的底端O点，将小球从斜面上的不同位置由静止释放．释放点到光电门的距离d依次为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm.
(1)用游标卡尺测量钢球的直径，如图乙所示，钢球的直径D＝________ cm.
(2)该实验________(选填“需要”或者“不需要”)测量小球质量；小球通过光电门经历的时间为Δt，小球通过光电门的速度为________(填字母)，不考虑误差的影响，从理论上来说，该结果________(选填“”或“＝”)球心通过光电门的瞬时速度．
(3)为了探究做功与速度变化的关系，依次记录的实验数据如下表所示．
从表格中数据分析能够得到关于“做功与速度变化的关系”的结论是________________________________________________________________________．
画出说明这一结论的图像．
【答案】 (1)0.5620～0.5623 (2)不需要 D/Δt