2020屆高考物理總復習第五章機械能高效演練創(chuàng)新預測實驗五探究動能定理（含解析）新人教版.docx

探究動能定理1.(2019衡陽模擬)現(xiàn)提供了如圖甲所示的實驗器材，來探究“合外力做的功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗，由圖可知：(1)平衡摩擦力時，小車是否要掛紙帶_(選填“要”或“不要”)。(2)在某次實驗中，得到如圖乙所示的一條紙帶，在A、B、C三個計數(shù)點中應該選用_(選填“A”“B”或“C”)點的速度才符合實驗要求。(3)某同學采用如圖甲所示的裝置來做實驗，先使小車不連接橡皮筋，發(fā)現(xiàn)小車在木板上加速下滑。那么，在橡皮筋彈力的作用下，合外力對小車所做的功_(選填“大于”“小于”或“等于”)橡皮筋彈力所做的功。【解析】(1)小車運動時，受到木板的阻力以及紙帶與打點計時器間的摩擦阻力，所以平衡摩擦力時，小車需要掛紙帶。(2)橡皮筋恢復原長后，小車做勻速直線運動，所以選用C點的速度才符合實驗要求。(3)小車不連接橡皮筋，發(fā)現(xiàn)小車在木板上加速下滑，可知木板傾斜。在橡皮筋彈力的作用下，合外力對小車所做的功大于橡皮筋彈力做功。答案：(1)要(2)C(3)大于 2.(2019鄭州模擬)圖甲是小明探究橡皮筋彈力做的功W與小車動能變化Ek間的關(guān)系的裝置圖，長木板放在水平桌面上，橡皮筋的兩端分別與小車和擋板相連。實驗中，通過增加橡皮筋的條數(shù)來改變彈力所做的功。(1)下列實驗操作正確的是_。A.實驗時，應先釋放小車，然后接通電源B.增加橡皮筋條數(shù)時，應選取相同的橡皮筋C.每次應將小車拉到相同的位置由靜止釋放D.實驗前應平衡小車在木板上所受的摩擦力(2)圖乙是實驗中某條紙帶的一部分，相鄰計數(shù)點間時間間隔T=0.1 s。為探究橡皮筋彈力做的功W與小車動能變化Ek間的關(guān)系，小明用v= m/s來計算小車的速度。他的算法是否正確？_(選填“正確”或“不正確”)，理由是_。(3)圖丙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)所畫出的W-Ek圖象，根據(jù)此圖象能否驗證動能定理？_(選填“能”或“不能”)，理由是_?！窘馕觥?1)實驗時，應先接通電源，再釋放小車，故A錯誤；實驗時，要求通過增加橡皮筋的條數(shù)，使功成倍增加，故增加橡皮筋條數(shù)時，應選取相同的橡皮筋，并且每次應將小車拉到相同的位置由靜止釋放，故B、C正確；實驗要探究橡皮筋做的功等于小車動能的變化量，所以應該消除摩擦力的干擾，實驗前應先平衡小車在木板上所受的摩擦力，故D正確。(2)他的算法不正確。理由是由紙帶可看出在打2、3、4點時，小車仍處于加速階段，應該選取小車勻速運動時的紙帶計算速度。(3)根據(jù)此圖象不能驗證動能定理。因為由圖象只能得出W與Ek成線性關(guān)系，并不能得到兩者相等關(guān)系。答案：(1)B、C、D (2)不正確 此時小車仍處于加速階段 (3)不能 由圖象只能得出W與Ek成線性關(guān)系，并不能得到兩者相等關(guān)系3.某實驗小組利用圖示裝置進行“探究動能定理”的實驗，實驗步驟如下：A.掛上鉤碼，調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動；B.打開速度傳感器，取下輕繩和鉤碼，保持A中調(diào)節(jié)好的長木板傾角不變，讓小車從長木板頂端由靜止下滑，分別記錄小車通過速度傳感器1和速度傳感器2時的速度大小v1和v2；C.重新掛上細繩和鉤碼，改變鉤碼的個數(shù)，重復A到B的步驟?；卮鹣铝袉栴}：(1)按上述方案做實驗，長木板表面粗糙對實驗結(jié)果是否有影響？_(選填“是”或“否”)。(2)若要驗證動能定理的表達式，還需測量的物理量有_。A.懸掛鉤碼的總質(zhì)量mB.長木板的傾角C.兩傳感器間的距離lD.小車的質(zhì)量M(3)根據(jù)實驗所測的物理量，動能定理的表達式為：_(重力加速度為g)。【解析】(1)小車在重力、斜面彈力、摩擦力、細線拉力作用下處于平衡狀態(tài)，撤去鉤碼后小車的合外力等于鉤碼的重力，所以長木板表面粗糙對實驗結(jié)果沒有影響。(2)(3)根據(jù)動能定理可知，合外力對小車做的功等于小車動能的變化量，則有mgl=M-M，所以要測量懸掛鉤碼的總質(zhì)量m，兩傳感器間的距離l，小車的質(zhì)量M，故A、C、D正確，B錯誤。答案：(1)否(2)A、C、D(3)mgl=M-M4.(2019榆林模擬)某同學利用圖示裝置“探究功與動能變化的關(guān)系”，圖中氣墊導軌已調(diào)至水平。(1)測得兩光電門中心間的距離為L，測得固定在滑塊上的豎直擋光條的寬度為d，記錄擋光條通過光電門1和2的時間分別為t1和t2則滑塊通過光電門1和2時的速度大小分別為v1=_和v2=_。(2)在(1)中，從力傳感器中讀出滑塊受到的拉力大小為F，滑塊、擋光條和力傳感器的總質(zhì)量為M，若動能定理成立，則必有FL=_。(用對應物理量的符號表示)【解析】(1)根據(jù)極短時間內(nèi)的平均速度等于瞬時速度知，滑塊通過光電門1的瞬時速度為v1=，通過光電門2的瞬時速度為v2=。(2)拉力做功等于動能的變化量，則有FL=M-M=M。答案：(1)(2)M5.某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器來探究動能定理。如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到的拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小。小車中可以放置砝碼。(1)實驗主要步驟如下：測量_和拉力傳感器的總質(zhì)量m1；把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需裝置。將小車停在C點，接通電源，再，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度。在小車中增加砝碼，或_，重復的操作。(2)如表是他們測得的幾組數(shù)據(jù)，其中m是m1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|-|是兩個速度傳感器所記錄速度的二次方差的絕對值，可以據(jù)此計算出動能變化量Ek，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功。表格中的Ek3=_ J，W3=_J。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)m/kg|-|/(m2s-2)Ek/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400Ek31.220W341.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖中的坐標紙上作Ek-W圖線?！窘馕觥?1)實驗中應測量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量；打點計時器使用時應先接通電源，再釋放小車；在小車中增加砝碼或減少砝碼來改變小車的質(zhì)量，重復實驗。(2)Ek3=m|-|=0.5002.400 J=0.600 J；W3=F3LAB=1.2200.500 J=0.610 J。(3)Ek-W圖線如圖所示：答案：(1)小車釋放小車減少砝碼(2)0.6000.610(3)見解析圖【加固訓練】(2017江蘇高考)利用如圖甲所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M=200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電。(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_。(2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖乙所示。選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離x，記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1=_m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，g取9.80 m/s2，利用W=mgx算出拉力對小車做的功W。利用Ek=Mv2算出小車動能，并求出動能的變化量Ek。計算結(jié)果如表所示。W/10-3 J2.452.923.353.814.26Ek/10-3 J2.312.733.123.614.00請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出Ek-W圖象。(4)實驗結(jié)果表明，Ek總是略小于W。某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F=_?！窘馕觥?1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到小車做勻速直線運動，即紙帶上的點跡等距均勻。(2)v1=10-2 m/s=0.228 m/s。(3)如圖所示(4)對鉤碼有mg-F=ma，a=10-2 m/s2，聯(lián)立解得F=0.093 N。答案：(1)小車做勻速運動(2)0.228(3)見解析圖(4)0.0936.如圖所示，氣墊導軌上質(zhì)量為M的滑塊通過輕質(zhì)細繩繞過輕質(zhì)動滑輪與拉力傳感器相連，動滑輪下懸掛質(zhì)量為m的鉤碼，滑塊上遮光條寬度為d。實驗時，滑塊由靜止釋放，測得遮光條通過光電門的時間為t，拉力傳感器的讀數(shù)為F。(1)用游標卡尺測量遮光條寬度，其讀數(shù)為_ cm。(2)某同學在“探究繩子拉力對滑塊做功與滑塊動能變化的關(guān)系”實驗時，記錄滑塊的初位置與光電門的距離L及擋光條通過光電門的時間t，測得多組L和t值。應用圖象法處理數(shù)據(jù)時，為了獲得線性圖象應作_象(選填“L-”“L-”或“L-(t)2”)，該圖象的斜率k=_。(3)該同學通過實驗發(fā)現(xiàn)：繩子拉力F做的功總大于滑塊動能的變化量。若實驗數(shù)據(jù)測量準確，出現(xiàn)該情況的可能原因是_。A.鉤碼質(zhì)量m未遠小于滑塊質(zhì)量MB.滑塊運動過程中克服阻力做功C.氣墊導軌沒有調(diào)節(jié)水平D.沒有考慮動滑輪的質(zhì)量【解析】(1)游標卡尺的主尺讀數(shù)為3 mm，游標尺上第12個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數(shù)為120.05 mm=0.60 mm，所以最終讀數(shù)為：3mm+0.60 mm=3.60 mm=0.360 cm。(2)滑塊通過光電門的速度v=，根據(jù)動能定理可知FL=M()2，解得L=，故為了獲得線性圖象應作L-圖象，斜率為k=。(3)小車受到的拉力是通過拉力傳感器獲得的，與鉤碼的質(zhì)量和小車質(zhì)量無關(guān)，故A錯誤；滑塊運動過程中克服阻力做功，故B正確；氣墊導軌沒有調(diào)節(jié)水平，拉力做功的一部分轉(zhuǎn)化為小車的勢能，動能減小，故C正確；動滑輪的質(zhì)量不會影響拉力傳感器的拉力大小，故D錯誤。答案：(1)0.360(2)L-(3)B、C【加固訓練】為驗證“動能定理”，即：合外力對物體做的功等于物體動能的變化，實驗裝置如圖甲，木板傾斜構(gòu)成斜面，斜面B處裝有圖乙所示的光電門。(1)如圖丙，用10分度的游標卡尺測得擋光條的寬度d=_cm。(2)裝有擋光條的物塊由A處靜止釋放后沿斜面加速下滑，讀出擋光條通過光電門的擋光時間t，則物塊通過B處時的速度為_(用字母d，t表示)。(3)測得A、B兩處的高度差為H，水平距離L；已知物塊與斜面的動摩擦因數(shù)為，為了完成實驗，還必須知道的物理量是_。(4)如果實驗結(jié)論得到驗證，則以上各物理量之間的關(guān)系滿足：H=_(用字母表示)。【解析】