【状元之路】高考物理一轮复习 55实验 探究动能定理验证机械能守恒定律同步检测试题 (2)(1).doc

实验：探究动能定理验证机械能守恒定律a组基础巩固1(多选题)在探究功与物体速度变化的关系的实验中，某同学在一次实验中得到一条如图201所示的纸带，这条纸带上的点两端较密，中间稀疏，出现这种情况的原因可能是()图201a电源的频率不稳定b木板倾斜的程度太大c没有使木板倾斜或倾斜角太小d小车受到的阻力较大解析：出现上述情况的原因是小车先加速再减速，说明开始时橡皮筋的弹力大于摩擦力，随后又小于摩擦力，因此没有完全平衡摩擦力答案：cd2有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 hz)打出的纸带a、b、c、d，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为x1、x2、x3.请你根据下列x1、x2、x3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791 m/s2)()a61.0 mm65.8 mm70.7 mmb41.2 mm45.1 mm53.0 mmc49.6 mm53.5 mm57.3 mmd60.5 mm61.0 mm60.6 mm解析：验证机械能守恒采用重锤的自由落体运动实现，所以相邻0.02 s内的位移增加量为xgt29.7910.022 m3.9 mm.答案：c3某同学利用打点计时器、已知质量为m的滑块、可调节高度的斜面、直尺等仪器进行“探究动能定理”的实验，如图202所示，他首先将打点计时器固定在斜面的上端，并将滑块与纸带相连，让纸带穿过打点计时器，接通低压交流电源(已知其频率为f)后释放滑块，打点计时器在纸带上打下一系列点图202图203图204回答下列问题：(用已知字母表示)(1)写出影响滑块动能变化的主要因素_(2)该实验探究中为了求合外力，应先求出滑块与斜面的动摩擦因数该同学通过多次调节斜面的高度，得到一条打点间距均匀的纸带，如图203所示，此时相对应的斜面长为l、斜面高为h.由此可求出滑块与斜面的动摩擦因数为_.(3)保持斜面长度不变，升高斜面高度到h(hh)，该同学在实验中得到一条打点清晰的纸带，如图204所示，用直尺测出x1、x2、x3，对a、b两点研究：此时滑块在a、b两点的速度大小为：va_，vb_.(4)该同学对ab段进行研究，根据记录的数据计算合外力对滑块做的功w，滑块动能的变化量ek，在误差允许的范围内wek.解析：(1)由滑块在斜面上运动可知，影响滑块动能变化的是合外力的功，即重力做功和摩擦力做功(2)由题图可知滑块在斜面上做匀速直线运动，则有：mgsinmgcos(为斜面的倾角)，可得tan.(3)由运动学公式得a点的瞬时速度是vaf，b点的瞬时速度是vbf.答案：(1)重力做功、摩擦力做功(2)(3)ffb组能力提升42013福建省莆田一中月考某探究学习小组的同学欲以图205装置中的滑块为对象验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细砂、垫块当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小砂桶时，释放小桶，滑块处于静止状态若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：图205(1)你认为还需要的实验器材有_、_.(两个)(2)实验时为了保证滑块(质量为m)受到的合力与砂和砂桶的总重力大小基本相等，砂和砂桶的总质量m应满足的实验条件是_，实验时首先要做的步骤是_(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量m.往砂桶中装入适量的细砂，用天平称出此时砂和砂桶的总质量m.让砂桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距l和这两点的速度大小v1与v2(v1v2)则对滑块，本实验最终要验证的数学表达式为_(用题中的字母表示)(4)要探究滑块与砂及砂桶组成的系统机械能是否守恒，如果实验时所用滑块质量为m，砂及砂桶总质量为m，让砂桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距l和这两点的速度大小v1与v2(v1m2)，1、2是两个光电门用此装置验证机械能守恒定律图207(1)实验中除了记录物块b通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测量的物理量是_(2)用已知量和测量量写出验证机械能守恒的表达式_解析：a、b运动过程中，若系统的机械能守恒，则有m1ghm2gh(m1m2)(vv)，所以除了记录物体b通过两光电门时的速度v1、v2外，还需要测的物理量有：m1和m2，两光电门之间的距离h.答案：(1)a、b两物块的质量m1和m2，两光电门之间的距离h(2)(m1m2)gh(m1m2)(vv)名师心得拱手相赠教学积累资源共享教师用书独具变力做功的求解方法一、将变力做功转化为恒力做功常见的方法有三种：(1)如果力是均匀变化的，可用求平均力的方法将变力转化为恒力；(2)耗散力(如空气阻力)在曲线运动(或往返运动)过程中所做的功等于力和路程的乘积，不是力和位移的乘积，可将方向变化、大小不变的变力转化为恒力来求力所做的功；(3)通过关联点的联系将变力做功转化为恒力做功1用力的平均值求功【例1】用锤子击钉子，设木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比，每次击钉子时锤子对钉子做的功相同已知击第一次时，钉子进入木板内1 cm，则击第二次时，钉子进入木板的深度是多少？解析：设x为钉子进入木板的深度，k为比例系数，则木板对钉子的阻力fkx.击第一次时，钉子进入木板的深度为x11 cm，则这一过程中的平均阻力为1，锤子对钉子做的功为w11x1.设击第二次时，钉子进入木板的总深度为x2，则这一过程中的平均阻力为2.锤子对钉子做的功为w22(x2x1).依题意有w1w2，联立以上各式得x2 cm.所以，击第二次时，钉子进入木板的深度为xx2x1(1) cm.答案：(1) cm2转化法【例2】人在a点拉着绳通过离地面的高度为h的光滑定滑轮吊起质量m的物体，如图55所示，开始绳与水平方向的夹角为，当人匀速地提起物体由a点沿水平方向运动到达b点，此时绳与水平方向的夹角为，求人对绳的拉力所做的功图51解析：人对绳的拉力大小虽然始终等于物体的重力，但方向却时刻在变化，无法利用恒力公式直接求出人对绳的拉力所做的功，若转换研究对象就不难发现，人对绳的拉力所做的功与绳对物体的拉力所做的功相同，而绳对物体的拉力是恒力人由a走到b的过程中，物体g上升的高度等于滑轮右侧的绳子增加的长度，即h.人对绳子做的功为wfsgh，即wgh.答案：gh3微元法图52【例3】磨杆长为l，在杆端施以与杆垂直且大小不变的力f，如图52所示，求杆绕轴转动一周过程中力f所做的功解析：磨杆绕轴转动过程中，力的方向不断变化，不能直接用公式wfscos进行计算这时，必须把整个圆周分成许多段小弧，使每一小段弧都可以看成是这段弧的切线，即可以看成是这段的位移这样，由于f的大小不变，加之与位移的方向相同，因而对于每一小段圆弧均可视为恒力做功杆绕轴转动一周所做功的总和为：ww1w2wnfs1fs2fsn因为s1s2sn2l所以wf2l2fl.答案：2fl二、用fs图象求解图53【例4】如图53所示，长度为l、质量为m的均匀的绳，一段置于水平的光滑桌面上，另外长度为a的一段垂于桌面下，当绳下滑全部离开桌面时，求重力所做的功解析：开始使绳下滑的力是长度为a的一段绳所受的重力，此后下垂的绳逐渐增大，使绳下滑的力也逐渐增大，这是一个变力做功的问题，可用图象法分析图54开始使绳下滑的力是长度为a的一段绳所受的重力fmg.当绳全部离开桌面时，绳下滑的位移是(la)，且此时使绳下滑的力是整条绳所受的重力mg.在此区间使绳下滑的重力均匀地增加，如图54所示那么，重力做的功在数值上就等于图象所包围的梯形面积即w(la).答案：三、用动能定理求变力做功图55【例5】如图55所示，质量为m的物体用细绳经过光滑小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某值f时，转动半径为r，当拉力逐渐减小到时，物体仍做匀速圆周运动，半径为2r，则外力对物体所做的功是多少？解析：该题中绳的拉力显然是变力，这里应用动能定理求解设当绳的拉力为f时，小球做匀速圆周运动的线速度为v1，则有fm，当绳的拉力减小为时，小球做匀速圆周运动的线速度为v2，则有m，在绳的拉力由f减为的过程中，绳的拉力所做功由动能定理得wmvmv，联立解得wfr，其中负号表示做负功答案：fr四、用机械能守恒定律求变力做功图56【例6】如图56所示，可视为质点的小球a、b用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上、半径为r的光滑圆柱，a的质量为b的两倍当b位于地面时，a恰与圆柱轴心等高将a由静止释放，b上升的最大高度是()a2r b. c. d.解析：当a下落至地面时，b恰好上升到与圆心等高位置，这个过程中系统的机械能守恒，即：2mgrmgr3mv2，接下来，b物体做竖直上抛运动，上升的高度h两式联立得h这样b上升的最大高度hhr.答案：c五、用功能关系求变力做功【例7】如图57所示，一条重铁链长为2 m，质量为10 kg，放在光滑的水平地面上，拿住一端匀速提起铁链到铁链全部离开地面的瞬时，拉力所做的功是_(g取9.8 m/s2)甲57解析：铁链从初态(如图57甲所示)到末态(如图乙所示)，它的重心位置升高了h，因而它的重力势能增加了epmghmg；又由于铁链从初态到末态是被匀速提起，因而它的动能没有发生变化，所以拉力f对铁链所做的功等于铁链重力势能的增加量，即wfepmg109.82 j98 j.答案：98 j六、用功率公式求