（江苏专用版）2020版高考物理总复习第五章实验四探究动能定理练习（含解析）.docx

实验四探究动能定理1.(2018清江中学模拟)为了验证动能定理,某学习小组在实验室组装了如图所示的装置,还备有下列器材:打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、天平、细砂。他们称量滑块的质量为M、砂和小桶的总质量为m,当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小桶时,滑块处于静止状态,要完成该实验,则:(1)还缺少的一个实验器材是。(2)实验时为保证细线拉力等于滑块所受的合外力,首先要做的步骤是;实验时为保证细线的拉力与砂和小桶的总重力大小基本相等,砂和小桶的总质量应满足的实验条件是。(3)在(2)问的基础上,让小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,测出该两点的间距为L、打下该两点时滑块的速度大小为v1、v2(v1v2),已知当地的重力加速度为g,写出实验要验证的动能定理表达式:(用题中所给的字母表示)。答案(1)刻度尺(2)平衡摩擦力mM(3)mgL=12Mv22-12Mv12解析(1)根据题意本实验需要测量滑块的位移,所以还缺少的器材是刻度尺。(2)在该实验中,为了保证细线拉力等于滑块所受的合外力,首先要将木板一端抬高,以平衡摩擦力;设细线上拉力为F,对滑块根据牛顿第二定律有F=Ma,对砂和小桶有mg-F=ma,由此解得F=mg1+mM,由此可知当Mm时,砂和小桶的重力近似等于细线的拉力,所以应满足的条件是砂和小桶的总质量远小于滑块的质量,即mM。(3)运动过程中合外力做功为W=mgL;动能的增加量为Ek=12Mv22-12Mv12;实验要验证的动能定理表达式为:W=Ek,即mgL=12Mv22-12Mv12。2.(2018无锡期末)利用图示的实验装置探究合力做功与动能变化的关系。(1)为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响,需要平衡阻力。关于该操作环节,下列四种装置图中正确的是()(2)甲小组同学正确平衡了阻力,选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量M,取砝码的总重力值作为绳子的拉力值,按正确操作得到图示的一条纸带。在纸带上选取三个连续计时点A、B、C,测得它们到静止释放的起始点O的距离分别为sA、sB、sC,打点计时器的工作频率为f,已知当地重力加速度为g,从O到B的运动过程中,拉力对小车做功W=,小车动能变化量Ek=。(3)乙小组同学也正确平衡了阻力,但并未保证选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量M。在处理数据时,他们也取砝码和盘的总重力值作为绳子的拉力值,并采用图像法进行数据分析:在纸带上选取多个计数点,测量静止释放的起始点O到每个计数点的距离,并计算出每个计数点对应的小车速度v以及从O点到该计数点对应的过程中绳子拉力所做的功W。他们作出的图线为。答案(1)B(2)mgxBmf2(sC-sA)28(3)B解析(1)平衡摩擦力时不能挂上盘和砝码,但是要串上纸带,A、C错误,D项没有垫上小木块平衡摩擦力,故D错误,B正确。(2)从O到B的运动过程中,小车运动位移即拉力做功的位移,则拉力做的功为W=FsB=mgsB,O点速度为0,小车动能变化量即小车在B点时的动能大小,Ek=12mvB2=12msC-sA2T2=mf2(sC-sA)28。(3)以砝码和盘及小车系统为研究对象,砝码和盘的总重力作为绳子的拉力时,拉力做功的大小W等于砝码和盘减小的重力势能,它们转化为砝码和盘及小车的动能,则W=12(m+M)v2,那么W与v2是正比例函数关系,则作出的图线为B。3.(2018苏锡常镇四市调研)某同学用图甲所示的实验装置探究恒力做功与小车动能变化的关系。(1)为了能用砂和砂桶的总重力所做的功表示小车所受拉力做的功,本实验中小车质量M(选填“需要”或“不需要”)远大于砂和砂桶的总质量m。(2)图乙为实验得到的一条清晰的纸带,A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点,sAD= cm。已知电源频率为50 Hz,则打点计时器在打D点时纸带的速度v=m/s(保留两位有效数字)。(3)该同学画出小车动能变化与拉力对小车所做的功的Ek-W关系图像,由于实验前遗漏了平衡摩擦力这一关键步骤,他得到的实验图线(实线)应该是。答案(1)需要(2)2.100.50(3)D解析(1)为了能用砂和砂桶的总重力所做的功表示小车所受拉力做的功,则绳中拉力要等于砂和砂桶的总重力,即小车质量M需要远大于砂和砂桶的总质量m。(2)由图得sAD=2.10 cm打点计时器在打D点时纸带的速度v=sAD+sDG6T=(2.10+3.90)10-260.02 m/s=0.50 m/s(3)理论线Ek=W=Fx,实验线Ek=W=Fx-fx,则理论线始终大于实验线,且都从0开始,随着功的增大,两线间距变大。故D项正确。4.(2018盐城三模)某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置探究恒力做功与物体动能变化间的关系,在气垫导轨上安装了光电门,滑块上固定宽度为d的遮光条,用细线绕过定滑轮将质量为M=200 g的滑块(含遮光条)与质量为m=30 g的重物相连,细线与导轨平行,实验时滑块每次都从同一位置A处由静止释放,用x表示滑块从静止开始到通过光电门的位移大小,用t表示遮光条通过光电门的时间,改变光电门在气垫导轨上的位置,测量不同x所对应遮光条通过光电门的时间t,再分别计算拉力做的功W和滑块通过光电门时的动能Ek。(1)用游标卡尺测量遮光条的宽度d,示数如图乙所示,则d= cm。(2)实验前调节气垫导轨水平的目的是。(3)将重物的重力视为滑块受到的拉力,取g=9.80 m/s2,用W=mgx计算出拉力对滑块做的功W,并计算出滑块动能增量Ek。计算结果见下表:W/10-3 J7.358.8210.2911.7613.2314.70Ek/10-3 J6.397.678.9510.2311.5012.78(W-Ek)/10-3 J0.961.151.341.531.731.92实验结果表明,Ek总是小于W。你认为这是(选填“偶然”或“系统”)误差,简要说明你的理由:。进一步研究表明,拉力对小车做的功W和小车动能增量Ek的差值(W-Ek)随x增大而增大,用题中滑块和重物的质量可计算出(W-Ek)与x的比值W-Ekx=。(计算结果保留两位有效数字)答案(1)0.65(2)保证滑块重力不做功(3)系统Ek总是小于W,而不是或大或小,是系统误差0.038 N解析(1)图乙游标卡尺的读数为6 mm+50.1 mm=6.5 mm=0.65 cm。(2)本题探究拉力做的功与滑块动能变化的关系,调节气垫导轨水平,是为保证滑块重力不做功,只有恒力(拉力)做功。(3)重物做加速运动,则细线中的拉力小于重物的重力,故动能的增加量小于重物重力做的功,这是系统误差,不可避免;设细线中的拉力为F,根据动能定理Ek=Fx,则W-Ekx=mg-F,根据牛顿第二定律有mg=(M+m)a、F=Ma,代入可解得W-Ekx=0.038 N。5.(2018徐州模拟)如图所示,某研究性学习小组为探究“物体的动能与速度关系”设计了如下实验:平直轨道B固定在水平桌面上,弹射装置A固定于轨道上,小球被劲度系数较大的压缩弹簧弹出后从轨道端点O滑出做平抛运动落到地面。已知弹簧的弹性势能的表达式为Ep=12kx2,式中的k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量。(1)为减少实验误差,弹射装置距离轨道端点O应该(选填“近些”或“远些”)。(2)要探究动能与速度的关系,实验中是否一定要测量桌面的高度,(选填“是”或“否”)。(3)在实验过程中改变弹簧的压缩量x,并测出与其对应的小球做平抛运动的水平位移s。实验数据如下表所示:次数12345x(cm)1.02.03.04.05.0s(m)0.320.650.951.081.60在坐标纸中根据已描出的点作出合理的图线。(4)根据(3)中所作出的图像,可以得出动能Ek与速度v的关系:。请简要说明理由:。答案(1)近些(2)否(3)见解析图(4)Ek=kv2或Ekv2理由见解析解析(1)为减少实验误差,弹射装置距离轨道端点O应该近些,以减小小球与桌面的摩擦力做的功。(2)小球从桌面上滑出做平抛运动,故平抛的速度与射程s成正比,故要探究动能与速度的关系,只需研究动能和射程s的关系即可,故实验中不需要测量桌面的高度。(3)图像如图(4)根据能量转化关系,弹簧的弹性势能等于物体的动能,则Ek=Ep=12kx2,而x与s成正比,x与速度v成正比,则Ekv2。6.某同学利用如图甲所示的装置验证动能定理。固定并调整斜槽,使它的末端O点的切线水平,在水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸。将小球从不同的标记点由静止释放,记录小球到达斜槽底端时下落的高度H,并根据落点位置测量出小球平抛的水平位移x。改变小球在斜槽上的释放位置,进行多次测量,记录数据如下:高度H(h为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h水平位移x(cm)5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)斜槽倾角为,小球与斜槽之间的动摩擦因数为,斜槽底端离地的高度为y,不计小球与水平槽之间的摩擦,小球从斜槽上滑下的过程中,动能定理若成立应满足的关系式是。(2)以H为横坐标,以为纵坐标,在坐标纸上描点作图,如图乙所示。(3)由第(1)(2)问,可以得出结论。答案(1)mgH1-tan=mg4yx2(2)x2(3)在实验误差允许的范围内,小球运动到斜槽底端的过程中,合外力对小球所做的功等于小球动能的增量解析(1)设小球离开斜槽时的速度为v,根据平抛运动的规律得x=vt,y=12gt2联立得v=xg2y小球在斜槽上滑下的过程中,重力和摩擦力做功,则