2023届高考物理一轮复习第5章机械能第6讲探究动能定理课时作业(含解析)

6、探究动能定理[基础训练]1．(2023·河南十所名校测试)某实验小组用如图所示装置“探究功与物体速度变化的关系”．(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力，应该采用下面所述方法中的________(填入选项前的字母代号)．A．逐步调节木板的倾斜程度，让小车能够自由下滑B．逐步调节木板的倾斜程度，让小车在橡皮筋作用下开始运动C．逐步调节木板的倾斜程度，给小车一初速度，让拖着纸带的小车匀速下滑D．逐步调节木板的倾斜程度，让其拖着纸带自由下滑(2)如图所示是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带，已知打点计时器连接的电源的频率为50Hz，则橡皮筋恢复原长时小车的速度为________m/s(结果保留三位有效数字)．答案：(1)C(2)1.39(1.38～1.40均正确)2．(2023·湖南衡阳联考)某同学为探究合力做功与物体动能改变的关系，设计了如下实验，他的操作步骤是：甲乙①按图甲摆好实验装置，其中小车质量M＝0.4kg，钩码总质量m＝0.1kg.②先接通打点计时器的电源(电源频率f＝50Hz)，然后释放小车，打出一条纸带．(1)经过多次重复实验，他从打出的多条纸带中选出一条打点清晰的，如图乙所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1＝0.041m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，….他把钩码重力(当地重力加速度g＝9.8m/s2)作为小车所受合力，算出0点到第4个计数点合力做功W＝________J，打下第4个计数点时小车动能Ek＝________J．(结果保留三位有效数字)(2)此实验探究的结果，他未能得到“合力对物体做的功等于动能的变化”，且误差很大，主要原因有___________________.(只需答一条)答案：(1)0.2510.186(2)见解析解析：(1)根据题意，小车所受合力为：F＝mg＝0.98N0点到第4个计数点合力做功W＝Fs＝mgd4＝0.251J根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，可求出打下第4个计数点时小车的速度大小v4＝eq\f(d5－d3,2T)其中T＝5×0.02s＝0.1sd5＝0.360md3＝0.167m解得v4＝0.965m/s则打下第4个计数点时小车动能Ek＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,4)＝eq\f(1,2)×0.4×0.9652J＝0.186J.(2)主要原因：①钩码质量太大；②没有平衡摩擦力．3．某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理．(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x＝________cm.(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是__________________________．(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？________(填“是”或“否”)．答案：(1)50.00(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否解析：(1)两光电门中心之间的距离x＝70.30cm－20.30cm＝50.00cm.(2)由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．(3)由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．4．某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为弹簧测力计，P为小桶(内有砂子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦．实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点．甲乙(1)该同学在一条比较理想的纸带上，将点迹清楚的某点记为零点，顺次选取一系列点，分别测量这些点到零点之间的距离s，计算出它们与零点的速度平方差Δv2＝v2－veq\o\al(2,0)，弹簧测力计的读数为F，小车的质量为m，然后建立Δv2­x坐标系，通过描点法得到的图象是一条过原点的直线，如图乙所示，则这条直线的斜率的意义为______________________________________.(填写表达式)(2)若测出小车质量为0.4kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为________N.答案：(1)eq\f(2F,m)(2)2解析：(1)根据动能定理可知Fx＝eq\f(1,2)mΔv2，所以理论上Δv2＝eq\f(2F,m)x∝x，Δv2­x图象为过原点的直线，直线的斜率k＝eq\f(2F,m).(2)结合图象可知k＝eq\f(2F,m)＝5N/kg，所以F＝1N．5.某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50Hz.甲(1)实验中木板略微倾斜，这样做________．A．是为了使小车释放后能匀加速下滑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、…挂在小车的前端进行多次实验，每次都把小车拉到同一位置再释放．将第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1、….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(如图乙所示)求得小车获得的速度为________m/s(保留三位有效数字)．乙(3)若根据多次测量的数据作出W­v图象，则下列符合实际的是________．ABCD答案：(1)CD(2)2.00(3)C解析：(1)使木板倾斜，让小车受到的摩擦力与小车所受重力沿木板向下的分力大小相等，在不施加拉力时，小车在木板上受到的合力为零，小车可以在木板上静止或做匀速直线运动．小车与橡皮筋连接后，小车所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功，故选项C、D正确．(2)相邻各点之间的距离相等时，小车做匀速直线运动，由题图乙可知，小车做匀速直线运动时相邻两点之间的距离是4.00cm，打点时间间隔t＝eq\f(1,f)＝eq\f(1,50)s＝0.02s，小车获得的速度v＝eq\f(x,t)＝eq\f(0.04,0.02)m/s＝2.00m/s.(3)由动能定理得W＝eq\f(1,2)mv2，可知W与v是二次函数关系，C正确．[能力提升]6．(2023·河南豫南九校联考)某同学用如图所示装置测量小木块与接触面间的动摩擦因数，小木块放在粗糙的水平桌面上，右侧拴有一细线，跨过固定在桌面边缘的滑轮与重物连接；实验时，小木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，小木块继续向右滑，在运动过程中小木块始终碰不到滑轮．已知小木块的质量为M，重物的质量为m，回答下列问题：(1)本实验还需直接测量的物理量有________．A．重物距地面的高度hB．小木块在桌面上滑行的总距离sC．重物下落的时间t(2)利用上述测量的物理量，写出测量的动摩擦因数的表达式μ＝________________.(3)小木块运动过程中，由于滑轮与轴间摩擦及细线和滑轮的质量的影响，将导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数相比，其值将________(填“偏大”“相等”或“偏小”)．答案：(1)AB(2)eq\f(mh,Ms＋ms－mh)(3)偏大解析：(1)(2)设重物距地面的高度为h，小木块在桌面上滑行的总距离为s，且已知小木块的质量为M，重物的质量为m；由静止释放使它们运动，到重物落地过程中，根据动能定理得mgh－μMgh＝eq\f(1,2)(M＋m)v2，从重物落地到小木块停在桌面上这个过程，根据动能定理得eq\f(1,2)Mv2＝μMg(s－h)，联立两式解得μ＝eq\f(mh,Ms＋ms－mh)，从该式可知本实验还需直接测量的物理量有重物距离地面的高度h、小木块在桌面上滑行的总距离s，故选A、B.(3)在计算过程中，认为滑轮与轴间摩擦及细线和滑轮的质量没有影响，重物重力势能的减少量全部转化为重物落地时的动能和小木块克服摩擦力做的功，而实际上滑轮与轴间存在摩擦，因此导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数相比，其值将偏大．7．如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合力做功和动能变化的关系”的实验：甲(1)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．(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到如图乙所示的纸带．纸带上O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0.2kg.乙请计算小车所受合力做的功W和小车动能的变化ΔEk，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).O－BO－CO－DO－EO－FW/J0.04320.05720.07340.0915①ΔEk/J0.04300.05700.07340.0907②分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W＝ΔEk，与理论推导结果一致．(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(取g＝9.8m/s2，结果保留至小数点后第三位)．答案：(1)匀速直线(或匀速)(2)①0.1115②0.1105(3)0.015解析：(1)实验中，首先平衡摩擦力，改变长木板的倾角，轻推小车，小车沿长木板向下做匀速直线运动．(2)打下F点时，小车的位移大小为O、F间的距离，即0.5575m，细绳对小车的拉力为0.2N，则拉力做功为0.1115J，小车的瞬时速度为eq\f(0.6677－0.