2021版高考物理大复习通用版：探究动能定理含答案.doc

教学资料范本2021版高考物理大复习通用版：探究动能定理含答案编 辑：_时 间：_1实验目的验证机械能守恒定律。2实验原理(1)在只有重力做功的自由落体运动中、物体的重力势能和动能互相转化、但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v、下落高度为h、则其重力势能的减少量为mgh、动能的增加量为mv2、看它们在实验误差允许的范围内是否相等、若相等则验证了机械能守恒定律。(2)速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点间的平均速度vt2t。计算打第n个点瞬时速度的方法是：测出第n个点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离xn和xn1、由公式vn或vn算出、如图所示。3实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)。4实验步骤(1)仪器安装将检查、调整好的打点计时器按如图所示装置竖直固定在铁架台上、接好电路。(2)打纸带将纸带的一端用夹子固定在重物上、另一端穿过打点计时器的限位孔、用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源、后松开纸带、让重物带着纸带自由下落。更换纸带、重复做35次实验。(3)选纸带分两种情况说明：如果根据mv2mgh验证时、应选点迹清晰、打点成一条直线、且1、2两点间距离小于或接近2 mm的纸带。若1、2两点间的距离大于2 mm、这是由于先释放纸带、后接通电源造成的。这样、第1个点就不是运动的起始点了、这样的纸带不能选。如果根据mvmvmgh验证时、由于重物重力势能的变化是绝对的、处理纸带上的数据时、选择适当的点为基准点、这样纸带上打出的第1、2两点间的距离是否为2 mm就无关紧要了、所以只要后面的点迹清晰就可选用。5数据处理(1)求瞬时速度由公式vn可以计算出重物下落h1、h2、h3的高度时对应的瞬时速度v1、v2、v3(2)验证守恒方法一：利用起始点和第n点计算。将实验数据代入ghn和v、如果在实验误差允许的范围内、ghnv、则验证了机械能守恒定律。方法二：任取两点A、B测出hAB、算出ghAB和的值、如果在实验误差允许的范围内、ghABvv、则验证了机械能守恒定律。方法三：图象法。从纸带上选取多个点、测量从第一点到其余各点的下落高度h、并计算各点速度的平方v2、然后以v2为纵轴、以h为横轴、根据实验数据绘出v2h图线。若在误差允许的范围内图线是一条过原点且斜率为g的直线、则验证了机械能守恒定律。6误差分析(1)系统误差本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功、故重物动能的增加量Ek稍小于其重力势能的减少量Ep、即Ek”“Ek、原因是存在空气阻力和摩擦阻力。答案(1)3.20(2)2.782.94(3)存在空气阻力和摩擦阻力2如图甲所示是用“落体法”验证机械能守恒定律的实验装置。(g取9.80 m/s2)甲(1)选出一条清晰的纸带如图乙所示、其中O点为打点计时器打下的第一个点、A、B、C为三个计数点、打点计时器通以频率为50 Hz的交变电流。用分度值为1 mm的刻度尺测得OA12.41 cm、OB18.90 cm、OC27.06 cm、在计数点A和B、B和C之间还各有一个点、重锤的质量为1.00 kg。甲同学根据以上数据算出：当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了_J；此时重锤的速度vB_m/s、此时重锤的动能比开始下落时增加了_J。(结果均保留三位有效数字)乙丙(2)某同学利用他自己实验时打出的纸带、测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h、算出了各计数点对应的速度v、然后以h为横轴、以v2为纵轴作出了如图丙所示的图线、图线的斜率近似等于_。A19.6 B9.8 C4.90图线未过原点O的原因是_。解析(1)当打点计时器打到B点时、重锤的重力势能减小量EpmgOB1.009.8018.90102 J1.85 J；打B点时重锤的速度vB m/s1.831 m/s、此时重锤的动能增加量Ekmv1.001.8312 J1.68 J。(2)由机械能守恒定律有mv2mgh、可得v2gh、由此可知图线的斜率近似等于重力加速度g、故B正确。由图线可知、h0时、重锤的速度不等于零、原因是该同学做实验时先释放了纸带、然后才合上打点计时器的开关。答案(1)1.851.831.68(2)B先释放了纸带、后合上打点计时器的开关 实验拓展与创新在高考中往往以课本实验为背景、通过改变实验条件、实验仪器设置题目、不脱离教材而又不拘泥教材、体现开放性、探究性、创新性等特点、如以下拓展创新角度：实验原理的创新1.利用钢球摆动来验证机械能守恒定律。2.利用光电门测定摆球的瞬时速度。实验器材的创新1小球在重力作用下做竖直上抛运动。2.利用频闪照片获取实验数据。1.利用系统机械能守恒代替单个物体的机械能守恒。2.利用光电门测定滑块的瞬时速度。实验过程的创新1.用光电门测定小球下落到B点的速度。2.结合H图象判断小球下落过程中机械能守恒。3.分析实验误差EpEk随H变化的规律。题组训练1如图甲是验证机械能守恒定律的实验装置。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住、轻绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门、测出小圆柱运动到最低点的挡光时间t、再用游标卡尺测出小圆柱的直径d、如图乙所示、重力加速度为g。则：甲乙(1)小圆柱的直径d_cm。(2)测出悬点到小圆柱重心的距离l、若等式gl_成立、说明小圆柱下摆过程机械能守恒。(3)若在悬点O安装一个拉力传感器、测出轻绳上的拉力F、则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是_(用文字和字母表示)、若等式F_成立、则可验证向心力公式Fnm。解析(1)小圆柱的直径d10 mm20.1 mm10.2 mm1.02 cm。(2)根据机械能守恒定律得mglmv2、所以只需验证glv2、就说明小圆柱下摆过程中机械能守恒。(3)小圆柱在最低点时、由牛顿第二定律得Fmgm、若等式Fmgm成立、则可验证向心力公式、可知需要测量小圆柱的质量m。答案(1)1.02(2)(3)小圆柱的质量mmgm2.某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律。频闪仪每隔0.05 s 闪光一次、如图所标数据为实际距离、该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。(当地重力加速度取9.8 m/s2、小球质量m0.2 kg、结果保留三位有效数字)时刻t2t3t4t5速度(m/s)4.994.483.98(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5_m/s。(2)从t2到t5时间内、重力势能增加量Ep_J、动能减少量Ek_J。(3)在误差允许的范围内、若Ep与Ek近似相等、即可验证机械能守恒定律。由上述计算得Ep_Ek(选填“”“”或“”)、造成这种结果的主要原因是_。解析(1)v5102 m/s3.48 m/s。(2)重力势能的增加量Epmgh、代入数据可得Ep1.24 J、动能减少量为Ekmvmv、代入数据可得Ek1.28 J。(3)由计算可得EpEk、主要是由于存在空气阻力。答案(1)3.48(2)1.241.28(3)存在空气阻力3如图甲所示、一位同学利用光电计时器等器材做“验证机械能守恒定律”的实验。有一直径为d、质量为m的金属小球从A处由静止释放、下落过程中能通过A处正下方、固定于B处的光电门、测得A、B间的距离为H(Hd)、光电计时器记录下小球通过光电门的时间为t、当地的重力加速度为g。则：甲乙丙(1)如图乙所示、用游标卡尺测得小球的直径d_cm。(2)多次改变高度H、重复上述实验、作出随H的变化图象如图丙所示、当图中已知量t0、H0和重力加速度g及小球的直径d满足以下表达式：_时、可判断小球下落过程中机械能守恒。(3)实验中发现动能增加量Ek总是稍小于重力势能减少量Ep、增加下落高度后、则EpEk将_(选填“增大”“减小”或“不变”)。解析(1)由题图乙可知、主尺刻度为7 mm；游标尺上对齐的刻度为5。故读数为：(750.05) mm7.25 mm0.725 cm。(2)若减小的重力势能等于增加的动能时、可以认为机械能守恒、则有：mgHmv2、即：2gH0、解得：H0。(3)由于该过程中有阻力做功、且高度越高、阻力做功越多、故增加下落高度后、EpEk将增大。答案(1)0.725(2)H0(3)增大4利用气垫导轨验证机械能守恒定律、实验装置如图所示。(1)实验步骤。将气垫导轨放在水平桌面上、桌面高度不低于1 m、将导轨调至水平。用游标卡尺测量挡光条的宽度l9.30 mm。由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x_cm。将滑块移至光电门1左侧某处、待砝码静止不动时、释放滑块、要求砝码落地前挡光条已通过光电门2。从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间t1和t2。用天平称出滑块和挡光条的总质量m0、再称出托盘和砝码的总质量m。(2)用表示直接测量物理量的字母写出下列所求物理量的表达式：滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1_和v2_。当滑块通过光电门1和光电门2时、系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1_和Ek2_。在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中、系统势能的减少Ep_(重力加速度为g)。(3)如果Ep_、则可认为验证了机械能守恒定律。解析(1)由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离x80.30 cm20.30 cm60.00 cm。(2)由于挡光条宽度很小、因此将挡光条通过光电门时的平均速度看作瞬时速度、挡光条的宽度l可用游标卡尺测量、挡光时间t可从数字计时器读出、因此、滑块通过光电门的瞬时速度为、则通过光电门1时瞬时速度为、通过光电门2时瞬时速度为。由于质量事先已用天平测出、