力学专题实验——《探究功与物体速度变化的关系》专项提升

某兴趣小组用如题1图所示的装置验证动能定理．

（1）有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：

A．电磁打点计时器

B．电火花打点计时器

为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择（选填“A”或“B”）．

（2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是（选填“甲”或“乙”）．

（3）消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如题2图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度v_A=m/s．

（4）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L．小车动能的变化量可用ΔE_k=算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；实验中，小车的质量应（选填“远大于”“远小于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W=mgL算出．多次测量，若W与ΔE_k均基本相等则验证了动能定理．

如图所示，是某学习小组做探究“功与速度变化关系”的实验装置示意图，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。再用2条、3条，完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次重复实验。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。

某同学为了验证动能定理，设计了以下实验。如图所示，长度为 的轻绳一端固定在 点，另一端有一个直径为 ，质量为 的小球。在 点放有一个光电门，可以测出小球经过光电门的时间 ，现将小球从距 点不同高度 处由静止释放。

某实验小组利用如图甲所示的实验装置来探究做功与物体动能变化的关系，当地重力加速度为g．

(1)该小组成员用游标卡尺测得遮光条(如图乙所示)的宽度d=cm，用天平测得滑块与遮光条的总质量为M、钩码的质量为m．

(2)实验前需要调节气垫导轨使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间△t=1.2×10^-2s，则滑块经过光电门时的瞬时速v=m/s(结果保留两位有效数字).

(3)在本次实验中为了确保细线拉力所做的功与钩码重力做的功近似相等，则滑块与遮光条的总质量M与钩码的质量m间应满足，本实验中还需要测量的物理量是(用文字说明并用相应的字母表示)．

(4)本实验中可通过改变钩码的质量测得多组数据并作出-m图象来进行探究，则下列图象中符合真实实验情况的是．

某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，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（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根据打点计时器所打的纸带上的点计算出．

   

（1）除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和电源（填“交流”或“直流”）；

（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

某同学按照甲图组装的实验探究合外力所做的功与小车动能变化量之间的关系。

先将带有刻度的长木板左端用木块将其适当垫高，将细线的一端固定在长木板左端的挡板上，另一端系在固定在小车上的力传感器，记下力传感器的示数 ， 然后剪短细线，用频率为的频闪相机拍摄，拍摄的照片如图乙。实验测得小车的质量。下表为该频闪照片对应的数据。

位置	O	A	B	C	D	E	F
时间	0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
位置坐标	0.08	0.32	0.72	1.28	1.99	2.87	3.91
瞬时速度	-	3.20		6.35	7.95	9.60	-

（1）在实验的过程中（选填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。

（2）小车在B点时的瞬时速度。

（3）小车从A到E的过程中合外力所做的功J，小车动能的变化量J。（保留三位有效数字）

（4）在实验误差允许的范围内，合外力所做的功等于动能的变化量。

（5）由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，在该实验中合外力所做功的测量值（“大于”、“小于”或“等于”）真实值。

某同学做“探究合外力做功与动能改变的关系”实验，装置如图甲所示，将光电门固定在水平轨道上的B点，用重物通过细线拉小车，保持小车（含遮光条）质量M不变，改变所挂重物质量m多次进行实验，使小车每次都从同一位置A由静止开始运动。已知AB间距离为L，遮光条的宽度为d，重力加速度g取10m/s²。

某实验小组利用图1的装置探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，已知滑块的总质量为m，遮光片的宽度为d，实验过程如下：

A.打开气源，将滑块置于气垫导轨上，调节气垫导轨水平；

B.将一根橡皮筋一端固定在滑块上，另一端固定在气垫导轨右端的立柱上；

C.拉伸橡皮筋，将滑块自气垫导轨上某一位置点由静止释放，滑块上的遮光片通过光电门时测得遮光时间为 ， 求出滑块通过光电门的速度为 ， 设橡皮筋做的功为；

D．改将2根、3根、4根……n根同样的橡皮筋固定在滑块和气垫导轨右端的立柱上，重复步骤C，算出橡皮筋做的总功，测得遮光时间分别为、、、…、；

E．绘制图像，进行数据分析。

 用如图所示装置可进行多个力学实验，根据所学物理知识回答以下问题。

利用如图1所示的装置可以做力学中的一些实验，已知交流电的频率为f，小车质量为M，钩码质量为m．

①如果利用它来探究物体的加速度与力、质量的关系时，为使小车所受的合外力等于细线的拉力，应该采取的措施是，要使细线的拉力约等于钩码的总重量，应该满足的条件是Mm（填“大于”、“远大于”、“小于”或“远小于”）．

②在满足了小车所受的合外力等于细线的拉力的条件下，且使细线的拉力等于钩码的总重量，如果利用它来探究外力做功与动能的关系时得到的纸带如图2所示．O为小车开始运动打下的第一点，A、B、C为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，有关数据如图2所示，要探究小车运动的动能定理，要满足一个怎样的关系式（用题中的字母符号表示）．

某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系，选取的实验装置如图甲所示．实验主要步骤如下：

①实验时，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，不断调整使木板倾斜合适的角度，轻推小车，使小车匀速下滑，这样做的目的是；

②使小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出沿木板滑行，橡皮筋对小车做功为W；再用完全相同的2条、3条……橡皮筋同时作用于小车，每次均由静止在（填“相同”或“不同”）位置释放小车，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、……

③分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、……，作出W-v图象，则下列符合实际的图象是（填字母序号）

如图所示是某同学探究动能定理的实验装置．已知重力加速度为g，不计滑轮摩擦阻力．该同学的实验步骤如下：

a．将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，长木板旁放置两个光电门A和B，砂桶通过滑轮与小车相连．

b．调整长木板倾角，使得小车恰好能在细绳的拉力作用下匀速下滑．测得砂和砂桶的总质量为m．

c．某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动．

d．测得挡光片通过光电门A的时间为△t₁ ， 通过光电门B的时间为△t₂ ， 挡光片宽度为d，小车质量为M，两个光电门A和B之间的距离为L．

e．依据以上数据探究动能定理．

         

某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。

 

已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小v_B=m/s，打出P点时小车的速度大小v_P=m/s（结果均保留2位小数）。

若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为。

某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理．

图1

用如图甲所示装置做“探究做功与物体速度变化的关系”实验。

图甲

利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M=200.0g，钩码的质量为m=10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．