第5讲 实验五 探究功与速度变化的关系
1． 用如图5-5-9所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是
(填字母代号)
( )．
图5-5-9
A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动
B．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样
C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值
D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值
E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源
F．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度
G．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度
解析 当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，A正确；由实验原理可知，B、C正确，D错误；使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车，E错误；橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加，此动能应为小车获得的最大动能，所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度，F正确、G错误．
答案 ABCF
2．某实验小组采用如图5-5-10所示的装置探究“动能定理”．图中小车内可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为50 Hz.
图5-5-10
(1)实验的部分步骤如下：
①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；
②将小车停在打点计时器附近，______________，________________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，关闭电源；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．
(2)如图5-5-11是某次实验得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及多个计数点A、B、C、D、E、……，可获得各计数点刻度值s，求出对应时刻小车的瞬时速度v，则D点对应的刻度值为sD＝________cm.D点对应的速度大小为vD＝________m/s.
图5-5-11
(3)下表是某同学在改变钩码或小车中砝码的数量时得到的数据．其中M是小车质量M1与小车中砝码质量m之和，|v－v|是纸带上某两点的速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE；F是钩码所受重力的大小，W是以上两点间F所做的功.
次
数
M/kg
|v－v|/
(m2·s－2)
ΔE/J
F/N
W/J
1
0.500
0.760
0.190
0.490
0.210
2
0.500
1.65
0.413
0.980
0.430
3
0.500
2.40
0.600
1.470
0.630
4
1.000
2.40
1.200
2.450
1.240
5
1.000
2.84
1.420
2.940
1.470
由上表数据可以看出，W总是大于ΔE，其主要原因是：钩码的重力大于小车实际受到的拉力造成了误差，还有______________________________．
答案 (1)先接通电源 后释放小车
(2)8.15(8.12～8.18皆可) 0.54(0.54～0.5-5-都对)
(3)没有平衡摩擦力
3．(2013·成都模拟)某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了如图5-5-12所示的实验装置．
图5-5-12
(1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是________．
(2)如图5-5-13所示，游标卡尺测得遮光条的宽度Δd＝________ cm；实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定．现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为Δt，则滑块最后匀速运动的速度表达式为________(用字母表示)．
图5-5-13
(3)逐条增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度．则画出的Wv2图象应是________．
解析 (1)将滑块轻置于气垫导轨上，看其是否滑动，或者将滑块轻置于气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动．
(2)遮光条宽度Δd＝5 mm＋0.05×10 mm＝5.50 mm＝0.5-5-0 cm.由速度的定义得v＝.
(3)由动能定理得W＝mv2，所以Wv2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线．
答案 见解析
4．如图5-5-14甲所示，是某同学验证动能定理的实验装置．
其步骤如下：
图5-5-14
a．易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过滑轮连接在小车上，小车连接纸带．合理调整木板倾角，让小车沿木板匀速下滑．
b．取下轻绳和易拉罐，测出易拉罐和细沙的质量m及小车质量M.
c．取下细绳和易拉罐后，换一条纸带，让小车由静止释放，打出的纸带如图5-5-14乙(中间部分未画出)，O为打下的第一点．已知打点计时器的打点频率为f，重力加速度为g.
①步骤c中小车所受的合外力为________________．
②为验证从O →C过程中小车合外力做功与小车动能变化的关系，测出BD间的距离为x0，OC间距离为x1，则C点的速度为________．需要验证的关系式为____________________________________(用所测物理量的符号表示)．
答案 ①mg ② mgx1＝
5．(2012·江苏卷，11)为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图5-5-15所示的装置进行实验．实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面．将A拉到P点，待B稳定后静止释放，A最终滑到Q点．分别测量OP、OQ的长度h和s.改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据．
图5-5-15
(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮．请提出两个解决方法．
_______________________________________
(2)请根据下表的实验数据在图5-5-16中作出sh关系的图象.
h/cm
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
s/cm
19.5
28.5
39.0
48.0
56.5
图5-5-16
(3)实验测得A、B的质量分别为m＝0.40 kg、M＝0.50 kg.根据sh图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数μ＝________(结果保留一位有效数字)．
(4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致μ的测量结果________(选填“偏大”或“偏小”)．
解析 (1)为使A不撞到滑轮，应设法减小B落地瞬间A的速度，因而可以减小B的质量；增加细线的长度或增大A的质量；降低B的起始高度．
(2)如图
(3)对A木块应用动能定理，有
(Mg－μmg)h＝μmgs
即(M－μm)＝μs
h＝s
h＝s
由图可知k＝＝＝
代入数据可以解得：μ＝0.4
(4)考虑到滑轮的摩擦力做负功，实验中要克服滑轮的摩擦力做功，造成实验结果偏大．
答案 (1)减小B的质量；增加细线的长度(或增大A的质量；降低B的起始高度) (2)见解析图 (3)0.4 (4)偏大
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