2021届高考物理必考实验五：探究功与速度变化的关系
大学vb实验教程答案
1.实验原理
  (1)改变功的大小:采用如图所示的实验装置,用1条、2条、3条……规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…。
(2)确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。
(3)寻功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-、W-v或W-v2等图象。分析图象,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的关系。
2.实验器材
  小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。
3.实验步骤
  (1)垫高木板的一端,平衡摩擦力。
(2)拉伸的橡皮筋对小车做功
用一条橡皮筋拉小车——做功W;用两条橡皮筋拉小车——做功2W;用三条橡皮筋拉小车——做功3W……
(3)测出每次做功后小车获得的速度v。
(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W-、W-v、W-v2或W-v3等图象,直到明确得出W和v的关系。
4.数据分析
  (1)求小车速度
实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v=(其中T为打点周期)。
(2)计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值,填入下面表格。
W
2W
3W
4W
5W
v
v2
  (3)作图象
在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v2图线,从中出功与速度变化的关系。
5.注意事项
  (1)平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。检验方法是
轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动。
(2)选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时打下的点。
(3)橡皮筋的选择:橡皮筋规格相同时,力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。
【最新高考真题解析】
1.（2020年全国III卷）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vB=_____m/s，打出P点时小车的速度大小vP=_____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_________。
【答案】    (1). 0.36    (2). 1.80    (3). B、P之间的距离
【解析】
【详解】[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度
[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。
【典例1】如图甲所示是某研究性学习小组做“探究橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验,图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出并沿木板滑行的情形。这时,橡皮筋对小车做的功记为W。当我们把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,每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打出的纸带测出。
(1)除了图中已给出的实验器材外,还需要的测量器材有            。 
(2)平衡摩擦力后,每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带    的部分进行测量。 
(3)下面是本实验的数据记录表,请将第2次、第3次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置。
橡皮筋
做的功
10个间
距的距
离x/m
10个间
距的时
间T/s
小车获
得的速
度vn
/(m·s-1)
小车速
度的平
方
/(m2·s-2)
第1次
W
0.200
0.2
第2次
0.280
0.2
第3次
0.340
0.2
第4次
0.400
0.2
第5次
0.450
0.2
(4)从理论上讲,橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝    ,请你根据表中测定的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性。 
【解析】(1)计算小车速度需要测量纸带上的点间的距离,要用刻度尺。
(2)小车匀速运动时,纸带上的点的间隔均匀。
(3)橡皮筋每增加一条,对小车做的功就增加W。
(4)纵坐标表示速度的平方,横坐标表示功,利用描点法描出各组数据对应的点,然后用平滑曲线连线作出-Wn图象,如图丙所示。
丙
【答案】(1)刻度尺　(2)点距均匀　(3)2W　3W　4W　5W　(4)　如图丙所示
【针对训练1】某学习小组做“探究合力的功和物体速度变化的关系”的实验,图甲中小车是在1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)除了图甲中已有的实验器材外,还需要导线、开关、    (填测量工具)和    (选填“交流”或“直流”)电源。 
(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,则下列操作正确的是(  )。
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处
(4)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用图乙
中纸带的    部分进行测量。 
【解析】(1)为测量小车获得的速度,必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离;打点计时器必须使用交流电源。

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