高考物理复习第5章机械能实验5探究动能定理模拟新人教版.docx

实验5 探究动能定理1(2017天津一中模拟)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哪些_刻度尺、天平(包括砝码)_。(2)实验开始时，应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_D_。(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)他将钩码重力做的功视为细绳拉力做的功，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_CD_。(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解析(1)实验中要计算绳拉力对小车所做的功，根据公式WFL，其中F为绳子上的拉力，需要用钩码的重力近似代替(另外，计算小车动能Ekmv2，需要称量小车质量)；L为小车在拉力作用下的位移，可通过对纸带的测量得出。因此，还需要用到的器材有刻度尺、天平。(2)细绳与木板平行，保证细绳对小车的拉力与木板平行，不会向上或向下倾斜，平衡摩擦力后，细绳对小车的拉力就等于小车受到的合力，D正确。(3)如果未完全平衡掉摩擦力，在运动中可能需要克服摩擦力做功，会出现拉力做功大于小车动能增加量的情况，C正确。将钩码重力视为拉力计算出的功，应等于小车和钩码共同的动能增量，大于小车动能增量。从动力学的角度，因为钩码加速下落，所以钩码对小车的拉力小于自身重力，D正确。2(2016湖南师大附中、长沙一中、长郡中学、雅礼中学四校联考)某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系，选取的实验装置如图甲所示，实验主要步骤如下：(1)实验时，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，调整使木板倾斜合适的角度，打开打点计时器，轻推小车，最终得到如图乙所示的纸带，这样做的目的是为了_平衡摩擦阻力_。(2)使小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功为W。(3)再用完全相同的2条、3条橡皮筋作用于小车，每次将小车由静止在_相同_(填“相同”或“不同”)位置释放，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W(4)分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3(5)作出Wv图象，则下列符合实际的图象是_D_(填字母序号)。解析(1)为了使橡皮筋的拉力等于小车受到的合外力，需要平衡摩擦力。(3)需要控制变量仅使橡皮筋条数不同，故每次将小车在相同位置释放。(5)由动能定理Wmv2结合数学知识可知，选项D正确。3(2017河北衡水中学调研)与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况时的常用计时仪器。如图甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置。现利用如图乙所示的装置探究滑块所受外力做功与其动能变化的关系。方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)，通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好1、2两个光电门，在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为t1、t2。已知滑块(含遮光板)质量为M、钩码质量为m、两光电门间距为s、遮光板宽度为L、当地的重力加速度为g。(1)用游标卡尺(20分度)测量遮光板宽度，刻度如图丙所示，读数为_5.70_mm。(2)本实验想用钩码的重力表示滑块受到的合外力，为减小这种做法带来的误差，实验中需要满足的条件是M_远大于_m(填“大于”“远大于”“小于”或“远小于”)。(3)计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为v1，v2。(用题中所给字母表示)(4)本实验中，验证滑块运动的动能定理的表达式为mgsM()2M()2。(用题中所给字母表示)解析(1)游标卡尺的读数为5mm0.0514mm5.70mm。(2)对系统运用牛顿第二定律得，mg(mM)a，解得a，则绳子的拉力TMa，当mM时，钩码的重力才可以表示滑块所受的合外力。(3)滑块通过光电门时用平均速度表示瞬时速度，因此速度分别为、。(4)合外力做功为mgs，EkM()2M()2，因此表达式为mgsM()2M()2。4(2016浙江金丽衢十二校联考)物理课上老师拿出了如图甲所示的一套实验装置问同学们可以用来完成高中物理中的哪些学生实验，下面是甲、乙、丙三位同学的不同构想。(1)甲同学用此装置来完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。要完成该实验，下列做法正确的是(AC)A调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行B实验时，应让小车尽量地靠近打点计时器，且应先放开小车再接通打点计时器的电源C在调节木板倾斜度平衡小车受到的摩擦力时，不应将钩码通过定滑轮拴在小车上D通过增减小车上的砝码改变小车质量时，需要重新调节木板倾斜度设钩码的总质量为m，小车和砝码的总质量为M，实验中要进行m和M的选取，以下最合理的一组是(C)AM200g，m10g、15g、20g、25g、30g、40gBM200g，m20g、40g、60g、80g、100g、120gCM400g，m10g、15g、20g、25g、30g、40gDM400g，m20g、40g、60g、80g、100g、120g(2)乙同学用该装置来完成“探究绳的拉力做功与小车动能变化的关系”的实验。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，难以选到合适的点来计算小车的速度，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办法：_在小车上增加适量砝码_。(3)丙同学用该装置来完成“验证机械能守恒定律”的实验。实验中得到了一条纸带如图乙所示，选择点迹清晰且便于测量的连续7个点(标号06)，测出0到1、2、3、4、5、6点的距离分别为d1、d2、d3、d4、d5、d6，打点周期为T。则打下点2时小车的速度v2(或)；若测得小车的质量为M、钩码的总质量为m，打下点1和点5时小车的速度分别用v1、v5表示，已知重力加速度为g，若不计一切阻力，则验证点1与点5间系统的机械能守恒的关系式可表示为mg(d5d1)(Mm)(vv)(用相关的字母表示)。下列有关三位同学都用以上装置分别完成各自的实验中你认为正确的是_D_。A实验中甲必须用天平测出小车的质量，乙、丙不需要测出小车的质量B实验中甲、乙必须将长木板垫起一定角度以平衡摩擦力，丙不需要平衡摩擦力C实验中甲、乙、丙都要满足钩码的质量要远远小于小车的质量D实验中甲、乙、丙都要先接通电源，再放开小车，且小车要尽量靠近打点计时器解析(1)探究加速度与力、质量的关系时，为保证细线拉力等于小车所受的合力，需要平衡摩擦力，在平衡摩擦力的过程中，需要去掉挂钩码的细线，连上纸带，调节木板倾斜程度，使小车能够自由滑动，调节好后，调整小车质量后不用再次平衡摩擦力，选项C正确，D错误。细线拉力要等于合力，细线方向应沿小车运动方向即与木板平行，选项A正确。为保证打下尽可能多的点，小车应从远离定滑轮的一端开始运动，且应先接通电源后释放小车，选项B错误。实验中以钩码重力作为细线拉力，但其实二者并不相等，应有mg(Mm)a，细线拉力FMamg，只有当M远大于m时，拉力才近似等于钩码重力，对照选项C符合要求。(2)小车运动过快，说明加速度太大，应增加小车质量，可在小车上增加适量砝码。(3)实验过程中小车做匀变速直线运动，某时段中间时刻的瞬时速度等于平均速度，即v2或v2。要验证点1和点5之间机械能守恒，即减少的重力势能等于增加的动能，应有(Mm)v(Mm)vmg(d5d1)。要验证加速度与力、质量的关系，需要测量小车的质量，要探究拉力做功与小车动能变化的关系，同样要根据拉力做的功和小车动能变化量来判断，需要测量小车的质量，要验证(Mm)v(Mm)vmg(d5d1)，同样需要测量小车质量，即甲、乙、丙都需要测量小车质量，选项A错误。三个实验都要平衡摩擦力，选项B错误。甲、乙需要钩码重力近似等于小车受到的拉力，所以要满足小车质量远大于钩码质量，丙同学验证机械能守恒，不需要满足钩码质量远小于小车质量，选项C错误。任何时候打点计时器的使用都要先接通电源，待打点稳定后再松开纸带，小车释放的位置要远离滑轮，保证有一定的运动距离，选项D正确。5(2016江西南昌一模)某实验小组用图甲实验装置探究合力做功与动能变化的关系。铁架台竖直固定放置在水平桌面上，长木板一端放置在水平桌面边缘P处，另一端放置在铁架台横杆上，使长木板倾斜放置，长木板P处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时的挡光时间。实验步骤是：用游标卡尺测出滑块的挡光宽度L，用天平测量滑块的质量m。平衡摩擦力：以木板放置在水平桌面上的P处为轴，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿木板向下做匀速运动。在铁架台竖直杆上记下此位置Q1，用刻度尺测出Q1到水平面的高度H。保持P位置不变，将长木板另一端放置在铁架台横杆Q2上，用刻度尺量出Q1、Q2之间的距离h1，将滑块从Q2位置由静止释放，由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1。保持P位置不变，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置，重复步骤数次。.滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中，用测量的物理量回答下列问题(重力加速度已知为g)：(1)滑块通过光电门的速度v；(2)滑块动能的变化量Ek；(3)滑块克服摩擦力做的功Wf_mgH_；(4)合力对滑块做的功W合_mgh1_。.某学生以铁架台上的放置位置到Q1的距离h为横坐标，以滑块通过光电门的挡光时间平方的倒数为纵坐标，根据测量数据在坐标中描点画出如图乙所示直线，直线延长线没有过坐标原点，其原因可能是_平衡摩擦力时倾角过大_。解析(1)由于挡光宽度很小，因此将滑块通过光电门时的平均速度当作瞬时速度，则滑块通过光电门的速度v。(2)滑块动能的变化量Ekmv20。(3)滑块从Q1位置释放时，长木板的倾角