实验五+探究动能定理（押题专练）-2018年高考物理一轮复习精品资料 18页

实验五+探究动能定理 ‎1．某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．‎ ‎(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有__________________．‎ ‎(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)．‎ A．避免小车在运动过程中发生抖动 B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 ‎(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法______________________________________．‎ ‎(4)(多选)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)．‎ A．在接通电源的同时释放了小车 B．小车释放时离打点计时器太近 C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 答案：(1)刻度尺、天平(包括砝码)　(2)D　(3)可在小车上加适量的砝码(或钩码)　(4)CD ‎2．在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲所示)：‎ 图甲 ‎(1)下列说法哪一项是正确的________(填选项前字母)．‎ A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 ‎(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为________m/s(保留三位有效数字)．‎ 图乙 解析：(1)平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力与摩擦力平衡，故不能挂钩码平衡摩擦力，选项A错误；本实验中，近似认为小车所受拉力等于钩码的重力，因此应使钩码的质量远小于小车的质量，选项B错误；实验时，为充分利用纸带，应使小车靠近打点计时器由静止释放，‎ 选项C正确．‎ ‎(2)vB＝＝ m/s＝0.653 m/s. ‎ 答案：(1)C　(2)0.653‎ ‎3．在“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中，某实验小组采用如图甲所示的装置．实验步骤如下：‎ 图甲 ‎(1)把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器；‎ ‎(2)改变长木板的倾角，以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力；‎ ‎(3)用细线将长木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连；‎ ‎(4)接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点；‎ ‎(5)测出s，s1，s2(如图乙所示)，已知电磁打点计时器的打点周期为T.则：‎ 图乙 判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是 ‎____________________________．‎ 本实验还需直接测量的物理量是____________(用文字说明并用相应的符号表示)．探究结果的表达式是____________(用相应的符号表示)．‎ 答案：纸带上点迹的间距相等　　小车的质量M、砂和砂桶的质量m　mgs＝M－M ‎4．某实验小组想测量木板对木块的摩擦力所做的功．装置如图甲所示，一木块放在粗糙的水平长木板上，右侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的滑轮与重物连接，木块左侧与穿过打点计时器的纸带相连，长木板固定在水平实验台上．实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动，如图乙给出了重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．打点计时器所用交流电频率为50 Hz，不计纸带与木块间的拉力．‎ ‎(1)可以判断纸带的________(填“左端”或“右端”)与木块连接．根据纸带提供的数据计算打点计时器在打下A点和B点时木块的速度vA＝__________________m/s，vB＝______________m/s(结果保留两位有效数字)．‎ ‎(2)要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还需要的实验器材是__________，还应测量的物理量是________(填入所选实验器材和物理量前的字母)．‎ A．木板的长度l B．木块的质量m1‎ C．木板的质量m2‎ D．重物的质量m3‎ E．木块运动的时间t F．AB段的距离sAB G．天平 H．秒表 I．弹簧测力计 ‎(3)在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的关系式WAB＝____________[用vA，vB和第(2)问中测得的物理量的字母表示]．‎ 答案：(1)右端　0.72　0.97　(2)G　B (3) m1(v－v)‎ ‎5．某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关系”．实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2.他们的实验装置如图甲所示，PQ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点时的速度)，每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放．‎ 同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中s1，s2，s3，s4，…代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v1，v2，v3，v4，…表示物体每次通过Q点的速度．‎ 实验次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎…‎ s s1‎ s2‎ s3‎ s4‎ ‎…‎ v v1‎ v2‎ v3‎ v4‎ ‎…‎ 他们根据实验数据绘制了如图乙所示的s－v图象，并得出结论W∝v2.他们的做法是否合适，你有什么好的建议？‎ 在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小________(填“会”或“不会”)影响探究出的结果．‎ 解析：采用表格方法记录数据，合理．绘制的s－v图象是曲线，不能得出结论W∝v2.为了更直观地看出s和v的变化关系，应该绘制s－v2图象．重力和摩擦力的总功W也与距离s成正比，因此不会影响探究的结果．‎ 答案：不合适，应进一步绘制s－v2图象　不会 ‎6．如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：‎ 图甲 ‎(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动．‎ ‎(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到如图乙所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg.‎ 图乙 请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk.补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).‎ O—B O—C O—D O—E O—F W/J ‎0.043 2‎ ‎0.057 2‎ ‎0.073 4‎ ‎0.091 5‎ ΔEk/J ‎0.043 0‎ ‎0.057 0‎ ‎0.073 4‎ ‎0.090 7‎ 分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W＝ΔEk，与理论推导结果一致．‎ ‎(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为____________kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)．‎ ‎(3)打B点时小车的速度为 vB＝＝ m/s＝0.655 5 m/s，‎ 所以小车的加速度 a＝＝ m/s2≈0.99 m/s2.‎ 小车所受的拉力F＝(m0＋m)(g－a)，‎ 所以盘中砝码的质量 m＝－m0＝ kg≈‎ ‎0．015 kg.‎ 答案：(1)匀速直线(或匀速)　 (2)0.111 5　 0.110 5　　(3)0.01 5‎ ‎7．为了探究恒力作用时的动能定理，某同学做了如下实验，他让滑块在某一水平面上滑行，利用速度采集器获取其初速度v，并测量出不同初速度的最大滑行距离x，得到下表所示几组数据：‎ 数据组 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ v/(m·s－1)‎ ‎0‎ ‎0.16‎ ‎0.19‎ ‎0.24‎ ‎0.30‎ ‎0.49‎ x/m ‎0‎ ‎0.045‎ ‎0.075‎ ‎0.111‎ ‎0.163‎ ‎0.442‎ ‎(1)该同学根据表中数据，作出x－v图象如图甲所示．观察该图象，该同学作出如下推理：根据x－v图象大致是一条抛物线，可以猜想，x可能与v2‎ 成正比．请在图乙所示坐标纸上选择适当的坐标轴作出图线验证该同学的猜想．‎ ‎(2)根据你所作的图象，你认为滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2的关系是________．‎ 解析：(1)作出x－v2图线如图所示．‎ ‎(2)x－v2图线是过原点的直线，所以，滑块滑行的最大距离x与滑块初速度平方v2成正比．‎ 答案：(1)见解析图　(2)x∝v2‎ ‎8．如图所示，某研究性学习小组为探究“动能定理”设计了如下实验：水平轨道B(动摩擦因数视为相同)固定在水平桌面上．弹射装置A可置于水平轨道B的任何一处，将滑块C以相同的初动能弹射出去．滑块C滑离轨道端点O后做平抛运动落到地面．(已知重力加速度为g)根据上述实验，回答下列问题：‎ ‎ (1)滑块被弹射后，在水平轨道上的运动过程中，外力做功情况：___________.‎ ‎(2)如果要求出滑块滑离桌面的末动能，除了需要测量滑块平抛的射程x以外，还需要测量的物理量有________，________(要求明确写出物理量的名称和对应的符号)，末动能Ek＝________(只用字母表示)．‎ ‎(3)为了探究“动能定理”需要将滑块C从水平轨道上不同处多次弹射出去．除了多次测量滑块平抛的射程x以外，只需要再多次测量另一个相应的物理量______(要求写出物理量的名称和对应的符号)，并作出相应的______关系图线(只用字母表示)，即可验证动能定理．‎ ‎(3)滑块在水平桌面上的位移x0‎ 因为，－μmg·x0＝Ek－Ek0＝－Ek0，只要x0－x2图象为直线，则可验证动能定理．‎ 答案：见解析 ‎9．为了探究对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如下图所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请思考探究思路并回答下列问题(打点计时器交流电频率为50 Hz)‎ ‎(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？‎ ‎________________________________________________________________________.‎ ‎(2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W.‎ ‎(3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如下图所示是其中四次实验打出的部分纸带．‎ ‎(4)试根据第(2)、(3)项中的信息，填写下表.‎ 橡皮筋条数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ 橡皮筋对小车做功 W ‎ ‎ 小车速度v(m/s)‎ v2/(m2/s2)‎ 从表中数据可得出结论：________________.‎ 橡皮筋条数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ 橡皮筋对小车做功 ‎2W ‎3W ‎4W 小车速度v(m/s)‎ ‎1.0‎ ‎1.415‎ ‎1.73‎ ‎2.0‎ v2/(m2/s2)‎ ‎1.0‎ ‎2.0‎ ‎3.0‎ ‎4.0‎ 橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比．‎ ‎【答案】　见解析 ‎10．某实验小组采用下图所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为50 Hz.‎ ‎(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列点，________；‎ ‎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)下图是钩码质量为0.03 kg，砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度 v，请将C点的测量结果填在表1中的相应位置．‎ ‎(3)在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，___做正功，__做负功．‎ ‎(4)实验小组根据实验数据绘出了下图中的图线(其中Δv2=v2-v20)，根据图线可获得的结论是_____.要验证：“动能定理”，还需要测量的物理量是摩擦力和_____.‎ 表1　纸带的测量结果 测量点 x/cm v/(m·s－1)‎ ‎0‎ ‎0.00‎ ‎0.35‎ A ‎1.51‎ ‎0.40‎ B ‎3.20‎ ‎0.45‎ C ‎____‎ ‎____‎ D ‎7.15‎ ‎0.54‎ E ‎9.41‎ ‎0.60‎ ‎【答案】　(1)②接通电源、释放小车　断开开关 ‎(2)5.05～5.10　0.48～0.50　(答案在此范围都对)‎ ‎(3)钩码的重力　摩擦力 ‎(4)小车初末速度的平方差与位移成正比　小车的质量 ‎11．某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：‎ ‎①摆好实验装置如右图所示．‎ ‎②将质量为 200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．‎ ‎③在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g的钩码挂在拉线的挂钩P上．‎ ‎④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带．‎ ‎(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：‎ ‎①第一个点到第N个点的距离为40.0 cm.‎ ‎②打下第N点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，算出：拉力对小车做的功为_____J，小车动能的增量为_____J.‎ ‎(2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是：_________________________.‎ ‎【答案】　(1)0.196　0.100‎ ‎(2)①小车质量没有远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③操作错误；先放小车后开电源 ‎12．某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如下图，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小．小车中可以放置砝码．‎ ‎(1)实验主要步骤如下：‎ ‎①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确接连所需电路；‎ ‎②将小车停在C点，________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．‎ ‎③在小车中增加砝码，或________，重复②的操作．‎ ‎(2)表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量m之和，|v－v|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所作的功．表格中ΔE3＝________，W3________.(结果保留三位有效数字)‎ 表1　数据记录表 次数 M/kg ‎|v－v|‎ ‎/(m/s)2‎ ΔE/J F/N W/J ‎1‎ ‎0.500‎ ‎0.760‎ ‎0.190‎ ‎0.400‎ ‎0.200‎ ‎2‎ ‎0.500‎ ‎1.65‎ ‎0.413‎ ‎0.840‎ ‎0.420‎ ‎3‎ ‎0.500‎ ‎2.40‎ ΔE3‎ ‎1.220‎ W3‎ ‎4‎ ‎1.000‎ ‎2.40‎ ‎1.20‎ ‎2.420‎ ‎1.21‎ ‎5‎ ‎1.000‎ ‎2.84‎ ‎1.42‎ ‎2.860‎ ‎1.43‎ ‎(3)根据表1，请在下图中的方格纸上作出ΔE－W图线．‎ ‎(3)在方格纸上作出ΔE－W图线如下图所示 ‎【答案】　(1)①小车、砝码　②然后释放小车　③减少砝码　(2)0.600　0.610　(3)见解析 ‎13．利用如图所示装置探究动能定理，在固定斜面上有一质量为1 kg的物块，后面固定一 条穿过打点计时器的纸带．先接通电源，待打点稳定后，让物块从静止开始沿斜面匀加速下滑，得到一条如图8所示的纸带．O点为打出的第一个点，A、B、 ‎ C、D、E、F、G是计数点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，各点间距如图所示，根据相关数据进行下列处理．(打点计时器的打点频率为50 Hz，g＝10 m/s2)‎ 图8‎ ‎(1)通过传感器测得物块所受的合外力是3.0 N．试完成下表：‎ 从O点到各点过程合力所做的功W/J 各点的动能Ek/J OB ‎0.883 8‎ B ‎0.884 5‎ OC ‎1.327 5‎ C ‎1.327 6‎ OD D ‎1.863 4‎ OE ‎2.485 8‎ E ‎2.486 5‎ OF ‎3.199 8‎ F ‎(2)根据(1)表中的数据，实验结论是____________________________________________．‎ 答案　(1)1.861 5　3.199 2　(2)见解析 ‎14．某实验小组用如图9所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”实验，在实验中，该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合外力．‎ 图9‎ ‎(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是________．‎ A．实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作 B．实验操作时要先放小车，后接通电源 C．在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好 D．在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量 ‎(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有_________________________________．‎ ‎(3)如图10为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究“动能定理”．已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g.图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来________________________________．‎ 图10‎ 答案　(1)AD　(2)刻度尺、天平　(3)mgx＝ ‎15．如图11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，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．小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出．‎ 图11‎ ‎(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有____________________；‎ ‎(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_____________________；‎ ‎(3)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；‎ ‎(4)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；‎ ‎ 数据 物理量 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 小车速度的平方v ‎1‎ W ‎0.200‎ ‎0.2‎ ‎2‎ ‎0.280‎ ‎0.2‎ ‎3‎ ‎0.300‎ ‎0.2‎ ‎4‎ ‎0.400‎ ‎0.2‎ ‎5‎ ‎0.450‎ ‎0.2‎ ‎(5)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12所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性．‎ 图12‎ ‎(6)若在实验中你作出的图线与理论的推测不完全一致，你处理这种情况的做法是 ‎______________________________．‎ ‎(5)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v－Wn图象，如图所示．‎ ‎(6)分析误差来源，改进实验方案或测量手段，重新进行实验．‎ 答案　(1)刻度尺　(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力　(3)点距均匀　(4)2W、3W、4W、5W　(5)v　图象见解析图　(6)分析误差来源，改进实验方案或测量手段，重新进行实验 ‎ ‎