2023版高考物理一轮复习课时跟踪检测25实验5探究动能定理

内部文件，版权追溯内部文件，版权追溯内部文件，版权追溯课时跟踪检测二十五实验5探究动能定理【基础过关】1．(2023届安徽皖江联考)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系的实验装置如图所示．(1)实验中，下列器材不需要的是()A．橡皮筋B．刻度尺C．直流电源D．交流电源(2)实验中平衡摩擦力的正确方法是________(填字母)．A．使拖着纸带的小车由静止释放，小车不下滑即可B．使拖着纸带的小车由静止释放，小车能下滑即可C．不用挂纸带，轻推小车，小车能匀速下滑即可D．轻推拖着纸带的小车，打点计时器在纸带上打下的点均匀分布即可解析：(1)打点计时器是由交流电源来提供电流的，因而不需要的器材是直流电源；(2)实验中平衡摩擦力的正确方法是轻推拖着纸带的小车，松手后打点计时器在纸带上打下的点均匀分布即可．答案：(1)C(2)D2．(2023届辽宁师大附中期中)某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系．A．小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿光滑水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；B．在钉子上分别套上2条、3条、4条同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤A，小物块落点分别记为M2、M3、M4；C．测量相关数据，进行数据处理．(1)为求出小物块从桌面抛出时的动能，需要测量下列物理量中的________(填正确答案标号，g已知)．A．小物块的质量mB．橡皮筋的原长xC．橡皮筋的伸长量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物块抛出点到落地点的水平距离L(2)将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为W1、W2、W3、…，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、….若功与速度的平方成正比，则应以W为纵坐标、________为横坐标作图，才能得到一条直线．(3)由于小物体与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)．解析：(1)小物块离开桌面后做平抛运动，根据桌面到地面的高度h＝eq\f(1,2)gt2，可计算出平抛运动的时间，再根据小物块抛出点到落地点的水平距离L＝v0t，可计算出小球离开桌面时的速度，根据动能的表达式Ek＝eq\f(1,2)mv2，还需要知道小球的质量，A、D、E正确，B、C错误；(2)根据h＝eq\f(1,2)gt2和L＝v0t，可得veq\o\al(2,0)＝eq\f(L2,t2)＝eq\f(L2,\f(2h,g))＝eq\f(gL2,2h)，因为功与速度的平方成正比，所以功与L2正比，故应以W为纵坐标、L2为横坐标作图，才能得到一条直线；(3)一般来说，由于多次测量揭示出的实验误差称为偶然误差，不能从多次测量揭示出的实验误差称为系统误差．由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差．答案：(1)ADE(2)L2(3)系统误差【提升过关】1．(2023届安徽皖江名校联盟月考)为验证“动能定理”，即：合外力对物体做的功等于物体动能的变化，实验装置如图(a)，木板倾斜构成斜面，斜面B处装有图(b)所示的光电门．(1)如图(c)，用10分度的游标卡尺测得挡光条的宽度d＝________cm；(2)装有挡光条的物块由A处静止释放后沿斜面加速下滑，读出挡光条通过光电门的挡光时间t，则物块通过B处时的速度为________(用字母d、t表示)；(3)测得A、B两处的高度差为H，水平距离为L；已知物块与斜面的动摩擦因数为μ，为了完成实验，还必须知道的物理量是________；(4)如果实验结论得到验证，则以上各物理量之间的关系满足：H＝________(用字母表示)．解题思路：(1)游标卡尺读数的方法是主尺读数加上游标读数，不需估读．游标的零刻度线超过主尺上的刻度数为主尺读数，游标读数等于分度乘以对齐的根数．(2)物块通过光电门的时间非常短，因此可以用平均速度代替其通过的瞬时速度，据此可以求出物块通过光电门时的速度大小．(3)(4)根据动能定理，结合滑动摩擦力做功的表达式，即可求解．解析：(1)游标卡尺的主尺读数为0.5cm，游标读数等于：0.1×1mm＝0.1mm＝0.01cm，所以最终读数为0.5cm＋0.01cm＝0.51cm；(2)装有挡光条的物块通过光电门时的速度为v＝eq\f(d,t)；(3)根据物块下滑过程中，重力与滑动摩擦力做的功等于动能的增加，则有：eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝mgH－μmgcosθ·eq\f(L,cosθ)＝mgH－μmgL；为了完成实验，还必须知道的物理量是重力加速度g；(4)根据动能定理，则有eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝mgH－μmgL；解得H＝eq\f(\f(d2,t2)＋2μgL,2g)＝eq\f(d2＋2μgt2L,2gt2).答案：(1)0.51(2)eq\f(d,t)(3)当地的重力加速度g(4)eq\f(d2＋2μgt2L,2gt2)2.(2023届山东齐鲁教科研模拟)某研究性学习小组设计了利用力传感器和光电门传感器探究“动能定理”的实验，他们将力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线通过一个定滑轮与重物G相连，用力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平轨道上A、B两点各固定一个光电门传感器，用于测量小车通过A、B两点时的速度v1和v2，如图所示．在小车上增减砝码来改变小车质量，用不同的重物G来改变拉力的大小，摩擦力不计．(1)实验主要步骤如下：①测量小车和拉力传感器的总质量M1，把细线的一端固定在力传感器上，另一端通过定滑轮与重物G相连，正确连接所需电路；②将小车停在点C，由静止开始释放小车，小车在细线拉动下运动．除了光电门传感器测量速度和力传感器测量拉力的数据以外，还应该记录的物理量为________；③改变小车的质量或重物的质量，重复②的操作.次数M/kg(veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1))/(m2·s－2)Ek/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.22W341.002.401.202.421.2151.002.841.422.861.43(2)上面表格中M是M1与小车中砝码质量之和，Ek为动能变化量，F是拉力传感器的示数，W是F在A、B间所做的功．表中的E3＝________，W3＝________(结果保留三位有效数字)．(3)根据上述实验数据可以得出的实验结论：____________________________.解析：(1)根据动能定理知因要求总功必须已知小车位移，故除了光电门传感器测量速度和力传感器测量拉力的数据以外，还应该记录的物理量为两光电门间的距离L.(2)由ΔE＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,2)－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,1)得ΔE3＝eq\f(1,2)×0.500×2.40J＝0.600J，根据表中数据由功的公式W＝FL，可求出两光电门间距离L＝eq\f(W,F)＝0.5m，所以W3＝F3L＝1.22×0.5J＝0.610J．(3)根据上述实验数据可以得出的实验结论：在实验误差允许的范围内，物体所受合外力的功等于动能的变化量．答案：(1)两光电门间的距离(2)0.6000.610(3)在实验误差允许的范围内，物体所受合外力的功等于动能的变化量3．如图所示，这是某同学探究功与速度变化的关系的装置图，用橡皮筋把小车弹出后，小车沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50Hz.(1)实验中木板略微倾斜，这样做________．A．是为了释放小车后，小车能匀加速下滑B．是为了增大小车下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条，合并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W，橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第4次的纸带(如图所示)求得小车获得的速度为________m/s.(保留三位有效数字)(3)若根据多次测量数据画出的W­v图象如图所示，根据图线形状，可知W­v图象符合实际的是________．解析：(1)实验中木板略微倾斜来平衡摩擦力，这样做可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功，同时也可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动，选项C、D正确．(2)小车获得的速度为v＝eq\f(s,t)＝eq\f(4.00×10－2,0.02)m/s＝2.00m/s.(3)因W与v2成正比，故图线C正确．答案：(1)CD(2)2.00(3)C4．某同学利用图甲所示的实验装置做“探究动能定理”的实验．在尽量减小摩擦阻力的情况下，先接通打点计时器的电源，再释放纸带，让质量m＝1.00kg的重物由静止下落，在纸带上打出一系列的点，如图乙所示，A、B、C分别为所选取的计数点，且O为开始打出的第一点，OA之间有若干点未标出，相邻计数点的时间间隔为0.02s，重力加速度g取9.80m/s2.(1)释放纸带前，纸带的________(填“O”或“C”)端在上面．(2)重物从O运动到B的过程中，动能的变化量ΔEk＝________J(保留两位有效数字)．(3)请列举一种能有效减小实验误差的做法________________________．解析：(1)O点为打出来的第一个点，速度为0，与重物相连的纸带在下端，应该先打点，所以释放纸带前，纸带的C端在上面．(2)利用匀变速直线运动的推论得vB＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(0.0944－0.0481,0.04)m/s＝1.1575m/s，ΔEk＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝eq\f(1,2)×1×(1.1575)2J＝0.67J.(3)可以多次测量求平均值以减小实验误差．答案：(1)C(2)0.67(3)多次测量求平均值5．某实验小组欲以图甲装置中的小车(含固定在小车上的挡光片)为研究对象来验证“动能定理”．他们用不可伸长的细线将小车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．若小车质量为M，砝码盘和盘中砝码的总质量为m.(1)实验中，小车所受摩擦力的功不便测量，故应设法消除摩擦力对小车运动的影响，需要进行的操作是__________________________．(2)在完成了(1)的操作后，为确保小车运动中受到的合力与砝码盘和盘中砝码的总重力大致相等，m、M应满足的关系是________．(3)用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图乙所示，则d＝________mm；用刻度尺量得A、B之间的距离为L.(4)将小车停在桌面上的C点，在砝码盘中放上砝码，小车在细线拉动下运动，小车通过A、B时的遮光时间分别为t1、t2，已知重力加速度为g，则本实验最终要探究的数学表达式应该是________(用相应的字母m、M、t1、t2、L、d表示)．解析：(1)为了消除摩擦力对小车运动的影响，需要平衡摩擦力，取下砝码盘，将木板左端适当垫高，将小车放置在木板上，轻推小车，使小车能够沿木板匀速下滑．(2)对砝码盘受力分析有mg－T＝ma，对小车受力分析有T＝Ma，联立得a＝eq\f(mg,M＋m)，如果用砝码及砝码盘的重力表示小车受到的合外力，则要求满足砝码及砝码盘的质量远小于小车的总质量，这样两者才能近似相等．(3)游标卡尺的读数为5mm＋10×eq\f(1,20)mm＝5.50mm.(4)小车通过A时的速度v1＝eq\f(d,t1)，小车通过B时的速度vB＝eq\f(d,t2)，则小车通过A、B过程中动能的变化量ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)＝eq\f(1,2)Md2eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,t\o\al(2,2))－