2020届高考物理总复习作业25实验五探究动能定理（含解析） 7页

作业25　实验五　探究动能定理非选择题图25－11．(2019年河南十所名校测试)某实验小组用如图25－1所示装置“探究功与物体速度变化的关系”．(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力，应该采用下面所述方法中的________(填入选项前的字母代号)．A．逐步调节木板的倾斜程度，让小车能够自由下滑B．逐步调节木板的倾斜程度，让小车在橡皮筋作用下开始运动C．逐步调节木板的倾斜程度，给小车一初速度，让拖着纸带的小车匀速下滑D．逐步调节木板的倾斜程度，让其拖着纸带自由下滑(2)如图25－2所示是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带，已知打点计时器连接的电源的频率为50Hz，则橡皮筋恢复原长时小车的速度为________m/s(结果保留三位有效数字)．图25－2解析：(1)为了平衡摩擦力的影响，在实验中可将木板垫高，使小车所受重力的分力与摩擦力平衡，则小车匀速运动，此时小车后面纸带上的点分布均匀，故C正确．(2)由图可知，A点为2.2cm，B点为4.7cm，C点为7.5cm，D点为10.3cm，E点为13.1cm，橡皮筋恢复原长时小车匀速运动，由纸带可知匀速运动时两点之间的位移为x＝(13.1－10.3)cm＝(10.3－7.5)cm＝(7.5－4.7)cm＝2.8cm＝0.028m，速度是v＝＝＝1.40m/s.答案：(1)C　(2)1.40(1.39～1.41均正确)2．(2019年广东深圳模拟)某同学用如图25－3甲所示装置来探究“动能定理”，得到一条如图25－3乙所示的纸带，O点为第一个点，并在纸带清晰段依次标记了A、B、C三个点，用毫米刻度尺测得各点到O点的距离如图25－3乙所示，重物质量m＝1.00kg.图25－3(1)电火花打点计时器应选择的电源是________．nA．4～6V、50Hz交流电源B．220V、50Hz交流电源(2)从O点到B点，重物的重力做功WG＝________J，动能的增加量ΔEk＝________J．(取g＝10m/s2，以上计算结果均保留三位有效数字)解析：(1)电火花打点计时器使用220V、50Hz的交流电．(2)WG＝mgxOB＝1×10×0.7776J≈7.76J，vB＝＝＝3.895m/s，ΔEk＝mv2＝×1.00×3.8952J≈7.59J.答案：(1)B　(2)7.78　7.593．某学习小组利用如图25－4所示的装置验证动能定理．图25－4(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x＝________cm.(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是__________________．(3)该实验________(填“是”或“否”)需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．解析：(1)两光电门中心之间的距离x＝70.30cm－20.30cm＝50.00cm.(2)由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．(3)由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．答案：(1)50.00　(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M　(3)否4．(2019下四川资阳模拟)某兴趣小组准备探究“合外力做功和物体速度变化的关系”，实验前组员们提出了以下几种猜想：①W∝v；②W∝v2；③W∝.为了验证猜想，他们设计了如图25－5甲所示的实验装置．n图25－5PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)．在刚开始实验时，小刚同学提出“不需要测出物体质量，只要测出物体初始位置到速度传感器的距离L和读出速度传感器的读数v就行了”，大家经过讨论采纳了小刚的建议．(1)请你说明小刚建议的理由：__________________________________．(2)让物体分别从不同高度无初速释放，测出物体初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4、…，读出物体每次通过Q点的速度v1、v2、v3、v4、…，并绘制了如图25－5乙所示的L－v图象．若为了更直观地看出L和v的变化关系，他们下一步应该作出________．A．L－v2图象　　　　　　　B．L－图象C．L－图象B．L－图象(3)实验中，木板与物体间摩擦力________(填“会”或“不会”)影响探究的结果．解析：(1)若只有重力做功，则mgLsinθ＝mv2，等号的两边都有m，可以约掉，故不需要测出物体的质量．若是重力和摩擦力做功，则m(gsinθ－μgcosθ)L＝mv2，等号的两边都有m，可以约掉，故不需要测出物体的质量．(2)采用表格方法记录数据，合理绘制的L－v图象是曲线，不能得出结论W∝v2.为了更直观地看出L和v的变化关系，应该绘制L－v2图象．故选A.(3)重力和摩擦力的总功W也与距离L成正比，因此不会影响探究的结果．答案：(1)根据动能定理列出方程式，可以约去质量m　(2)A　(3)不会5．为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图25－6甲所示．第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图25－6乙所示．打出的纸带如图25－6丙所示．图25－6请回答下列问题：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为Δt，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B点时滑块运动的速度vB＝________．(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块________(写出物理名称及符号，只写一个物理量)，n合外力对滑块做功的表达式W合＝________．(3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系，描点作出v2－W图象，可知该图象是一条______，根据图象还可求得______．解析：(1)由打出的纸带可知B点的速度为vB＝；(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x，由动能定理可知W合＝ΔEk，即mgx＝ΔEk；(3)v2－W图象应该为一条过原点的直线，根据ΔEk＝Mv2可求得M的值．答案：(1)　(2)下滑的位移x　mgx(3)过原点的直线　滑块的质量M6．某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验，他的操作步骤如下：(1)按图25－7连接实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.图25－7(2)释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f＝50Hz)，打出一条纸带．(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图25－8所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1＝0.041m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m，…，他把钩码重力(当地重力加速度g＝10m/s2)作为小车所受合力，算出打下0点到打下第5点合力做功W＝__________J(结果保留三位有效数字)，用正确的公式Ek＝__________(用相关数据前字母列式)把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量，算得Ek＝0.125J.图25－8(4)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大．通过反思，他认为产生很大误差的原因如下，其中正确的是(　　)A．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C．释放小车和接通电源的次序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小D．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因解析：(3)若用钩码的重力作为小车受的合力，则F合＝mg＝0.5N，从0点到打第5点时水平位移x＝d5＝0.360m，所以W＝F合x＝0.5×0.360J＝0.180J.打第5点时小车动能Ek＝Mv，v5＝，式中Δt为5个时间间隔，即Δt＝，故Ek＝(d6－d4)2.(4)从该同学的实验操作情况来看，造成很大误差的主要原因是把钩码的n重力当成了小车的合力，实验前没有平衡摩擦力，故A、B正确；C、D两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响，故C、D错误．答案：(3)0.180　(d6－d4)2　(4)AB图25－97．(2017年高考·北京卷)如图25－9所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．(1)打点计时器使用的电源是____(选填选项前的字母)．A．直流电源　　　　　　　　B．交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是________(选填选项前的字母)．A．把长木板右端垫高B．改变小车的质量在不挂重物且________(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．A．计时器不打点B．计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次有A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，如图25－10所示．图25－10实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝________，打B点时小车的速度v＝________．(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图25－11所示的v2－W图象。由此图象可得v2随W变化的表达式为________________．根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是__________________________．图25－11(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图25－12中正确反映v2－W关系的是______________．n图25－12解析：(1)打点计时器使用的电源是交流电源，故选B.(2)实验中，平衡摩擦力和其它阻力时，应先不挂重物，把长木板右端适当垫高，在小车后面挂上纸带，接通电源，在打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，给小车一个初速度，若小车拖着纸带做匀速运动，则表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响．(3)实验中，可认为小车所受的拉力F大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝Fx2＝mgx2.在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故vB＝＝.(4)由题图可知，v2＝kW，斜率k＝，其单位为m2·s－2·J－1.又1J＝1N·m，1N＝1kg·m·s－2，故1J＝1kg·m2·s－2，故J－1＝kg－1·m－2·s2，因此斜率k＝的单位为，故与图线斜率有关的物理量应是质量．(5)假设完全消除了摩擦力和其它阻力的影响，对由小车和重物组成的系统，其动能增加量为ΔEk＝，考虑到我们按重力做功W＝mgx，有ΔEk＝＝W，即v2＝W，故v2－W的图象斜率k＝，保持不变，故选项A正确．答案：(1)B　(2)A　B(3)mgx2　(4)v2＝kW，k＝(4.5～5.0)m2·s－2·J－1　质量(5)An