【物理】2019届一轮复习人教版 探究动能定理 学案 10页

第五章 功和能 ‎1.从近几年高考来看，关于功和功率的考查，多以选择题的形式出现，有时与电流及电磁感应相结合命题．‎ ‎2．功和能的关系一直是高考的“重中之重”，是高考的热点和重点，涉及这部分内容的考题不但题型全、分量重，而且还经常有压轴题，考查最多的是动能定理和机械能守恒定律，且多数题目是与牛顿运动定律、平抛运动、圆周运动以及电磁学等知识相结合的综合性试题．‎ ‎3．动能定理及能量守恒定律仍将是高考考查的重点．高考题注重与生产、生活、科技相结合，将对相关知识的考查放在一些与实际问题相结合的情境中去，能力要求不会降低.‎ 第23讲 探究动能定理 ‎1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.‎ ‎2.体会探究过程和所使用的方法．‎ 基本实验要求 ‎1．实验目的 探究功与物体速度变化的关系．‎ ‎2．实验原理 ‎(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.‎ ‎(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为2W.‎ ‎(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W.‎ ‎(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，即可求出v－W关系．‎ ‎3．实验器材 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等．‎ ‎4．实验步骤 ‎(1)用一条橡皮筋拉小车——做功W.‎ ‎(2)用两条橡皮筋拉小车——做功2W.‎ ‎(3)用三条橡皮筋拉小车——做功3W.‎ ‎(4)测出每次小车获得的速度．‎ ‎(5)分别用各次实验测得的v和W绘出W－v、W－v2，W－v3、W－关系图．‎ ‎5．实验结论 ‎ 找出v与W间的关系W＝mv2.‎ 规律方法总结 ‎1．实验注意事项 ‎(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．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，找到长木板的一个合适的倾角．‎ ‎(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分．‎ ‎(3)橡皮筋应选规格一样的．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．‎ ‎ (4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．‎ ‎2．实验探究的技巧与方法 ‎(1)不直接计算W和v的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的W和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理．‎ ‎(2)用W－v2图象处理实验数据，这比W－v图象更加直观、明了．‎ ‎1．（9分）某同学设计如图所示装置来探究动能定理。带有水平部分的斜槽固定在地面上(固定部分没有画出)，斜槽面倾角为θ，在E点与水平部分平滑连接。水平部分高度为H，末端F点在水平地面上的投影点记为O点。O点右侧铺一张白纸，上面铺上复写纸以记录落点位置。先让可视为质点的滑块从斜槽面上的某一点释放，恰好运动到F点，该释放点记为M点。在斜槽上作出N、P、Q点，且MN=NP=PQ。然后分别让滑块从N点、P点、Q点由静止释放落到水平地面白纸上的A1、A2、A3点。已知斜槽面各处粗糙程度相同。则 ‎(1)利用“倍增法”来探究动能定理的过程中，斜槽面的倾角θ，斜槽水平部分的高度H是否必须测量____(填“是”或“否”)？在实验误差允许的范围内，满足OA1：OA2：OA3= __________，动能定理得到验证。‎ ‎(2)若斜槽的倾角θ，桌面高度H在实验前已被测定。有人想借助该装置测定斜槽面与滑块间的动摩擦因数μ，必须要测定的物理量（______）‎ A．滑块质量 B．当地的重力加速度g C．释放点到M点的距离x1 D．滑块落地点到O点的距离x2‎ ‎【答案】 否CD ‎2．（9分）如图是一位同学做“探究动能定理”的实验装置图。‎ ‎（1）让一重物拉着一条纸带自由下落，通过打点计时器在纸带上打点，然后取纸带的一段进行研究。该同学测定重力做功和物体动能的增加量时，需要用刻度尺测量这一段的______，并计算重物在这一段运动的初速度和末速度。‎ ‎（2）该同学计算了多组动能的变化量ΔEk，画出动能的变化量ΔEk与下落的对应高度h的关系图象，在实验误差允许的范围内，得到的ΔEk–h图应是如下的____图。‎ ‎【答案】 位移或高度C ‎3．（9分）某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：‎ A．挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；‎ B．打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；‎ C．重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤。‎ 回答下列问题：‎ ‎（1）按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验 结果是否有影响？__________（填“是”或“否”）；‎ ‎（2）若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有______；‎ A．悬挂钩码的总质量m B．长木板的倾角θ C．两传感器间的距离l D．小车的质量M ‎（3）根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为：________（重力加速度为g ‎【答案】 否ACD ‎【解析】‎ ‎4．（10分）某实验小组利用拉力传感器探究“动能定理”，实验装置如图所示，在滑块上安装一遮光条，把滑块放在水平气垫导轨上，并通过定滑轮的细绳与钩码相连，分别在A、B处各安装一个光电计时器，现测得滑块(含遮光条和拉力传感器)总质量为M，钩码总质量为m，遮光条宽度为d，当地的重力加速度为g，将滑块在图示A位置的左侧任意位置静止释放后，光电计时器记录下遮光条通过光电门A、B的时间分别为t1和t2.‎ ‎(1)试验中还需要测量的物理量是________(用文字及相应的符号表示)，对应所需测量的物理量还应补充的器材是________；‎ ‎(2)已知拉力传感器受到的拉力为F，则本实验中探究动能定理的表达式为________(用以上对应物理量的符号表示)．‎ ‎(3)下列必要的实验要求是________(请填写选项前对应的字母)‎ A．要调节气垫导轨水平 B．要保证小车(含遮光条和拉力传感器)的质量M远大于所挂钩码的质量m C．要保持细线方向与水平面平行 D．要使气垫导轨与水平面成一角度平衡小车收到的摩擦力．‎ ‎【答案】 (1)光电门A至光电门B中心之间的距离L 　刻度尺； (2)FL＝M()2－M()2　 (3)AC.‎ ‎5．（10分）用如图所示装置做“验证动能定理”的实验.实验中，小车碰到制动挡板时，钩码尚未到达地面.‎ ‎(1)为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是________(选填选项前的字母).‎ A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力 B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力 C．调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行 D．所加钩码的质量尽量大一些 ‎ ‎(2)如图是某次实验中打出纸带的一部分.O、A、B、C为4个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出，所用交流电源的频率为50 Hz.通过测量，可知打点计时器打B点时小车的速度大小为______ m/s.‎ ‎(3)甲同学经过认真、规范地操作，得到一条点迹清晰的纸带.他把小车开始运动时打下的点记为O，再依次在纸带上取等时间间隔的1、2、3、4、5、6等多个计数点，可获得各计数点到O的距离s及打下各计数点时小车的瞬时速度v.如图是根据这些实验数据绘出的v2－s图象.已知此次实验中钩码的总质量为0.015 kg，小车中砝码的总质量为0.100 kg，取重力加速度g＝ 9.8 m/s2，则由图象可知小车的质量为________kg(结果保留两位有效数字).‎ ‎(4)在钩码总质量远小于小车质量的情况下，乙同学认为小车所受拉力大小等于钩码所受重力大小.但经多次实验他发现拉力做的功总是要比小车动能变化量小一些，造成这一情况的原因可能是__________(选填选项前的字母).‎ A．滑轮的轴处有摩擦 B．小车释放时离打点计时器太近 C．长木板的右端垫起的高度过高 D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 ‎【答案】 AC;0.36;0.18;C;‎ ‎6．（9分）某同学利用如图所示的装置验证动能定理。固定并调整斜槽，使它的末端O点的切线水平，在水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸。将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球平抛的水平位移x。‎ 改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：‎ ‎（1）已知斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，斜槽底端离地的高度为y，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，动能定理若成立应满足的关系式是_________________________________；‎ ‎（2）以H为横坐标，以__________为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图乙所示；‎ ‎（3）由第（1）、（2）问，可以得出结论_____________________________________；‎ ‎（4）受该实验方案的启发，某同学改用图丙的装置实验。他将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一位置固定，仍将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并测量小球击中木板时平抛下落的高度d，他以H为横坐标，以__________为纵坐标，描点作图，使之仍为一条倾斜的直线，也达到了同样的目的。‎ ‎【答案】 x2 在实验误差允许的范围内，小球运动到斜槽底端的过程中，合外力对小球所做的功等于小球动能的增量 1/d ‎7．（9分）(1)在实验室中用游标卡尺测量一物体长度的读数是________cm，螺旋测微仪测量金属丝的直径时，由图可知金属丝的直径是________mm.‎ ‎(2)某同学利用如图甲所示的装置验证动能定理.固定并调整斜槽，使它的末端O点的切线水平，在水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸.将小球从斜槽上不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球平抛的水平位移x，改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下： ‎ ‎①斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，斜槽底端离地的高度为y，不计小球与水平槽之间的摩擦。‎ ‎②以H为横坐标，以________为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图乙所示：达到了验证动能定理的目的.‎ ‎③受该实验方案的启发，另一同学改用图丙的装置实验.他将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，仍将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并测量小球击中木板时平抛下落的高度d.当他以H为横坐标，以_______为纵坐标，描点作图，使之仍为一条倾斜的直线，也达到了同样的目的.‎ ‎【答案】 10.125 0.900 ‎ ‎8．（9分）（1）游标卡尺读数为_____________cm；螺旋测微器的计数是________mm；‎ ‎（2）某实验小组采用图甲的装置，探究钩码和小车组成的系统“合外力做功和系统动能变化”间的关系，图中桌面水平，小车上可放置砝码，实验中小车碰到滑轮前的制动装置（图中未画出）时，钩码尚未到达地面。‎ ‎①为平衡摩檫力，取下细绳和钩码，调节垫块的位置改变木板的倾斜程度，接通打点计时器电源，轻推小车，让小车从木板的顼端开始滑下，当纸带上相邻两点间的距离_________（选填“保持不变”或“越来越大”）时，说明摩擦力已平衡。‎ ‎②调节木板上滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。这样做的主要目的是_______（填字母代号）。‎ A．保证细绳对小车的拉力等于小车受到的合力 B．可使打点计时器在纸带上打出的点清晰 C．保证小车最终能做匀速直线运动 D．使细绳的拉力的大小等于钩码的重力 ‎③研究实验数据可以发现，钩码重力做的功W总略大于系统总动能的增量△EK，其原因可能是_______（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．摩擦力未完全被平衡 D．钩码匀加速运动，钩码重力大于细绳的拉力 ‎【答案】 （1）10.240cm； 5.545mm~53548mm； （2）①保持不变； ②A； ③C；‎ ‎9．（9分）如图1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）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是。把长木板右端垫高，在_____重物的情况下，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．不挂 B．挂 ‎（2）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。在纸带上依次取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2所示。‎ 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=_____。‎ ‎（3）以为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的图像。由此图像可得随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 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_____。‎ ‎（4）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4中正确反映 关系的是_____。‎ A． B． ‎ C． D． ‎ ‎【答案】 A； mgx2； ； 质量； A ‎(4) 如果实验中完全消除了摩擦力和其它阻力，那么重物重力做的功就等于重锤和小车动能的增加量，即，其中W=mgh，质量是定值，所以v2与W成正比，A图正确。‎ ‎【点睛】‎ 实验总存在一定的误差，数据处理过程中，图象读数一样存在误差，因此所写表达式的比例系数存在一定范围内即可，第(5)问有一定的迷惑性，应明确写出函数关系，再进行判断。‎ ‎10．（9分）某实验小组采用如图1所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50Hz．‎ ‎（1）实验中木板略微倾斜，这样做_______ ．‎ A． 是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑           B． 是为了增大小车下滑的加速度 C． 可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功          D． 可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动 ‎（2）实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条，…合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W，…橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第四次的纸带（如图2所示）求得小车获得的速度为________m/s．（保留三位有效数字）‎ ‎（3）若根据多次测量数据画出的W﹣v图象如图3所示，根据图线形状，可知W﹣v的关系符合实际的是________．‎ ‎【答案】 CD2.00C ‎11．（9分）在“探究功与速度变化的关系”的实验中，某实验研究小组的实验装置如图甲所示。木块从A点静止释放后，在一根弹簧作用下弹出，沿足够长的木板运动到点停下，记录此过程中弹簧对木块做的功为。点为弹簧原长时所处的位置，测得的距离为。再用完全相同的2根，3根…弹簧并在一起进行第2次，第3次…实验并记录2，3…及相应的，…数据，用图像处理数据，回答下列问题：‎ ‎（1）如图乙是根据实验数据描绘的W-L图像，图线不过原点的原因是_______________；‎ ‎（2）由图线得木块从A到O过程中摩擦力做的功是____________________；‎ ‎（3）图像斜率的物理意义是__________________________________。‎ ‎【答案】 （1）未计算AO间的摩擦力做功 （2） （3）摩擦力 ‎（3）有前面分析知图象中斜率为摩擦力大小；‎