高考物理一轮复习 专题24 探究动能定理（练）（含解析）.doc

专题24 探究动能定理 1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：w ，wv，wv2.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l1、l2、l3、l4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.他们根据实验数据绘制了如图乙所示的lv图象，并得出结论wv2.(1)你认为他们的做法是否合适？ (2)你有什么好的建议？(3)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【答案】（1）.不合适 （2）. 应进一步绘制lv2 图像 （3）. 不会 2为了探究“合外力做功和动能变化的关系”的实验，某实验小组使用如图所示的水平气垫导轨装置进行实验。其中g1、g2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过g1、g2光电门时，光束被遮挡的时间分别为t1、t2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为m，挡光片宽度为d，两光电门间距离为x，绳悬吊的砝码的质量为m（m远小于m），重力加速度为g。滑行器从g1到g2的过程中增加的动能为_，合力对滑行器做的功为_。（用t1、t2、d、x、m、m和g表示）【答案】， 3如图l所示，某组同学借用 “探究a与f和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瞬关系”的实验：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。连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图2所示的纸带。纸带上口为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0. 1s的相邻计数点a、b、c、d、e、f、g实验时小车所受拉力为0. 2n，小车的质量为0.2 kg.请计算小车所受合外力做的功w和小车动能的变化ek补填表中空格（结果保留至小数点后第四位）分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内wek，与理论推导结果一致。实验前已测得托盘质量为7. 710 -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）。【答案】：匀速直线； 0.1115，0.1105； 0.015 4（利用如图的装置做“探究合外力做功与物体动能变化的关系”实验，将光电门固定在轨道上的b点，用重物通过细线拉小车，细线的拉力的大小可由拉力传感器测出，小车（包括遮光条和拉力传感器）质量为m，保持小车的质量不变，改变所挂重物的质量m，进行多次实验，每次小车都从同一位置a由静止释放。（1）完成该实验时， （填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力； （填“需要”或“不需要”）重物的质量m远小于小车（包括遮光条和拉力传感器）质量m;（2）在正确规范操作后，实验时读出拉力传感器的示数f，测出小车的质量m，遮光条宽度d，挡光时间及ab间的距离l，则验证动能定理的表达式为 （用测得的物理量表示）。【答案】（1）需要、不需要 （2）【解析】（1）由于该实验只有绳子的拉力，所以不能有摩擦力做功，所以需要平衡摩擦力本实验要测量小车的合力，由于传感器可以直径测量细线的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量的条件（2）光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度，则在b点的速度，根据功能关系可以求出需要验证的关系式为：【名师点睛】了解光电门测量瞬时速度的原理，实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面，同时明确实验原理是解答实验问题的前提。5在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲):（1）下列说法哪一项是正确的( )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50hz,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)。【答案】（1）c； （2）0.653【名师点睛】探究恒力做功与动能改变的关系”与“探究加速度与力、质量的关系”有很多类似之处，在平时学习中要善于总结、比较，提高对实验的理解能力。1用如图所示装置做探究功与速度变化的关系实验（1）该实验釆用了的方法使实验数据处理得以简化。a极限法 b成倍增加 c理想化模型 d等效替代（2）实验时，以下说法正确的是a该实验不需要平衡摩擦力b橡皮筋每次拉伸的长度应越来越长c先释放小车，再接通打点计时器电源d每次都应选择纸带上点迹均匀的部分计算小车速度【答案】（1）b（2）d【名师点睛】实验原理：橡皮筋的弹性势能转化为小车的动能，实验中改变拉力做功时，为了能定量，所以用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功就有倍数关系；根据实验原理与实验注意事项分析答题 2某实验小组探究小车功和动能变化的关系，他们将宽度为d的挡光片固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与砝码盘相连；在水平桌面上的a、b两点各安装一个光电门，记录小车通过a、b时的遮光时间，小车中可以放置砝码实验主要步骤如下：（1）实验前应将木板左端略微抬高，这样做的目的是 ；（2）如图乙所示，用游标卡尺测量挡光片的宽度d= mm，再用刻度尺量得a、b之间的距离为l；（3）将小车停在c点，在砝码盘中放上砝码，小车在细线拉动下运动，记录此时小车（含挡光片）及 的质量之和为m，砝码盘和盘中砝码的总质量为m，小车通过a、b时的遮光时间分别为t1、t2，则可以探究小车通过a、b过程中合外力做功与动能的变化的关系，已知重力加速度为g，探究结果的表达式是 ；（用相应的字母m、m、t1、t2、l、d表示）；（4）在小车中增减砝码或在砝码盘中增减砝码，重复的操作【答案】（1）平衡小车所受到的摩擦力；（2）5.50；（3）小车中砝码；mgl=md2（） 3在探究功与物体速度变化的关系实验时，小车在橡皮条弹力的作用下被弹出，沿木板滑行，实验装置如图所示。(1)适当垫高木板是为了_ _；(2)通过打点计器的纸带记录小车的运动情况，观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，通过纸带求小车速度时，应使用纸带的_ _(填“全部”、“前面部分”或“后面部分”)；(3)若实验作了n次，所用橡皮条分别为1根、2根n根，通过纸带求出小车的速度分别为v1、v2vn，用w表示橡皮条对小车所做的功，作出的wv2图线是一条过坐标原点的直线，这说明w与v的关系是_ _。【答案】（1） 平衡摩擦（2） 后面部分（3）【解析】小车在木板上滑行时要受到木板的摩擦力，重力，支持力以及细线的拉力，要是拉力等于合力，就要用重力的下滑分量来平衡摩擦力，所以在做实验前，需要将木板适当垫高，平衡摩擦力；小车在橡皮筋的拉力作用下做加速运动，橡皮筋做功完毕后，小车开始做匀速直线运动，所以应该选择后面部分的匀速打点数据；因为正比例函数为过原点的直线，而wv2图线是一条过原点的直线，说明成正比例关系，也即。【名师点睛】本题探究功与物体速度变化的关系时利用橡皮条对小车做功，好处是不用计算橡皮条所做的功的数值，利用橡皮条的根数可知做功是1根的多少倍。需要注意的是做这个实验要平衡摩擦力。4（如图所示是某研究性学习小组的同学做探究“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，橡皮筋对小车做功记为w。当用2条、3条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图2甲为某次实验中打出的纸带。(1)除了图中已给出的实验器材和电源外，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分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的_部分进行测量。(4)从理论上讲，橡皮筋做的功wn与物体获得的速度vn之间的关系是wn_【答案】（1）毫米刻度尺 （2）平衡摩擦力 （3）点迹间隔相等 （4）v2【名师点睛】本题关键是结合探究功与速度变化关系的实验原理进行分析，如本实验中，明确小车的运动情况，先加速，再匀速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动，故需要测量匀速阶段的速度。5某学习小组欲验证动能定理，他们在实验室找到了打点计时器、学生电源、导线、细线、复写纸、纸带、长木板、滑块、沙及沙桶，组装了一套如图所示的实验验证装置若你是小组中的一位成员，为了完成该验证实验，（1）你认为还需要的器材有_；（2）实验时为了使得沙和沙桶的总重力可作为滑块受到的合外力，应做两方面减少误差的措施：a细沙和沙桶的总质量应满足_，b将长木板左端适当垫高的目的是_；（3）在（2）的基础上，某同学测量出滑块的质量为m，往沙桶中装入适量的细沙，测出此时细沙和沙桶的总质量为m让沙桶带动滑块加速运动，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距s及对应的速度大小v1与v2（v1v2），实验最终要验证的数学表达式为_（用题中的字母表示）【答案】（1）天平、刻度尺；（2）细沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量；平衡摩擦力；（3）【名师点睛】本题关键是根据实验原理并结合牛顿第二定律和动能定理来确定要测量的量、实验的具体操作方法和实验误差的减小方法；对实验中关键的步骤要理解. 1【2017北京卷】（18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）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=_。（4）以v2为纵坐标，w为横坐标，利用实验数据作出如图3所示的v2w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_。（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4中正确反映v2w关系的是_。【答案】（1）b （2）a b （3）mgx2 （4）v2=kw，k=（4.55.0） kg1 质量（5）a【名师点睛】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，因此所写函数表达式的比例系数在一定范围内即可；第（5）问有一定的迷惑性，应明确写出函数关系，再进行判断。2【2017江苏卷】（8分）利用如题101图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系小车的质量为m=200.0 g，钩码的质量为m=10.0 g，打点计时器的电源为50 hz的交流电（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如题102图所示选择某一点为o，依次每隔4个计时点取一个计数点用刻度尺量出相邻计数点间的距离，记录在纸带上计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=_m/s（3）将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用w=mg算出拉力对小车