2024年高考物理一轮复习专题5.6实验五探究动能定理精练含解析

PAGEPAGE1试验五探究动能定理1．(2024·甘肃省白银市一中期中)某试验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系，选取的试验装置如图8所示。图8(1)除了图中已有的试验器材外，还须要导线、开关、刻度尺和__________电源(填“沟通”或“直流”)。(2)试验主要步骤如下：Ⅰ.试验时，为使小车所受合力等于橡皮筋的拉力，在未连接橡皮筋前将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，启动电源，轻推小车，得到的纸带应当是图9中的__________(填“甲”或“乙”)；图9Ⅱ.使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，沿木板运动，此过程中橡皮筋对小车做的功记为W；Ⅲ.再分别改用完全相同的2条、3条……橡皮筋作用于小车，每次释放小车时，除由静止释放外，还必需____________________(填写相应试验条件)，使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为W；Ⅳ.分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、…。如图10所示是试验中打出的一条纸带，为了测量小车获得的最大速度，应选用纸带的__________部分进行测量；图10Ⅴ.只有一条橡皮筋时，作出W－v图象，则下列符合实际的图象是__________。(3)若该小组试验时在遗忘了步骤Ⅰ的状况下也完成了试验，那么当小车速度最大时，橡皮筋处于__________(填“伸长”或“原长”)状态。【答案】(1)沟通(2)乙；从同一位置释放；GJ(或HJ)；D(3)伸长【解析】(1)电磁打点计时器接4～6V的沟通电源，电火花计时器接220V的沟通电源。因此须要沟通电源。(2)为使小车所受合外力等于橡皮筋的拉力，试验前必需平衡摩擦力，木板倾斜合适的角度，启动电源，轻推小车，使小车做匀速直线运动，得到的纸带应当是点迹匀称的乙。分别改用完全相同的2条、3条……橡皮筋作用于小车，每次释放小车时除由静止释放外，还必需从同一位置释放，使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为W。为了测量小车获得的最大速度，应选用纸带的点迹匀称部分即GJ(或HJ)部分进行测量；由动能定理有W＝eq\f(1,2)mv2，作出W－v图象，则符合实际的图象是D。(3)若该小组试验时在遗忘了步骤Ⅰ(即没有平衡摩擦力)的状况下也完成了试验，那么当小车速度最大时，橡皮筋拉力等于摩擦力，即橡皮筋处于伸长状态。2．(2024·湖北仙桃一中期末)在“探究恒力做功与动能变更的关系”试验中，某小组采纳如图11甲所示的装置。图11(1)关于此次试验下面说法合理的是__________。A．试验中若实行垫高木板一端作为平衡摩擦力的方法，变更小车质量重新做试验时必需重新平衡摩擦力B．试验中要调整滑轮的凹凸，使滑轮和小车之间的细线保持水平C．若运用沙桶和沙的总重力作为计算做功的恒力，用小车、沙桶和沙的总质量作为计算动能变更中的质量，试验中沙桶和沙的总质量必需远小于小车的质量D．若在小车前端加装力传感器，用传感器的示数作为做功的恒力，试验中沙桶和沙的总质量可以不必远小于小车的质量(2)某同学试验时测出了小车位移x，算出了与之对应的速度v，作出了v2－x图象如图乙所示，已知图线的斜率为k，则小车运动的加速度表达式为__________。【答案】(1)D(2)a＝eq\f(k,2)【解析】(1)设小车的质量为M，此时木板与水平面的夹角为θ，当平衡摩擦力时重力沿斜面对下的分力等于滑动摩擦力，即Mgsinθ＝μMgcosθ，变更小车的质量M后，等式依旧成立，故不须要重新平衡摩擦力，选项A错误；调整滑轮的高度，使牵引木块的细线与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，选项B错误；沙桶和沙削减的重力势能等于小车、沙桶和沙增加的动能之和，故试验中不须要沙桶和沙的总质量必需远小于小车的质量，选项C错误，在试验中可以用传感器测出细线拉力大小，不是将沙桶和沙的重力作为小车的拉力，故不须要满足沙桶和沙的总质量远小于小车的质量，选项D正确。(2)依据速度位移公式得v2－veq\o\al(2,0)＝2ax，解得v2＝2ax＋veq\o\al(2,0)，则斜率k＝2a，故a＝eq\f(k,2)。3．(2024·内蒙赤峰市四中期末)某同学利用如图12甲所示的试验装置验证动能定理。水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一装有适量细沙的易拉罐相连，易拉罐和里面的细沙总质量为m。遮光片两条长边与导轨垂直，导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t，d表示遮光片的宽度，L表示A、B两点间的距离。滑块与导轨间没有摩擦力，用g表示重力加速度。图12(1)该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度，如图乙所示，遮光片的宽度d＝________cm。(2)该同学首先调整导轨倾角，让滑块恰好在A点静止。剪断细绳后，滑块起先加速下滑，则滑块受到的合外力的大小为________。(3)为验证从A到B的过程中滑块所受合外力做功与滑块动能变更的关系，须要验证的关系式为________________________(用题目中所给的物理量符号表示)。【答案】(1)1.14(2)mg(3)mgL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))eq\s\up12(2)【解析】(1)宽度d＝(11＋0.4)mm＝11.4mm＝1.14cm。(2)由于滑块恰好在A点静止，因此滑块所受重力沿斜面对下的分力等于易拉罐及细沙所受的总重力mg，又由于斜面与滑块间无摩擦，因此滑块下滑时，受到的合外力的大小等于mg。(3)设滑块到达B点的速度为v，则本试验应当验证mgL＝eq\f(1,2)Mv2，而v＝eq\f(d,t)，代入可得mgL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))eq\s\up12(2)。4．(2024·陕西省延安市一中期中)某试验小组采纳如图甲所示的装置探究功与速度变更的关系．(1)下列叙述正确的是________.A．每次试验必需设法算出橡皮筋对小车做功的详细数值B．每次试验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一样C．放小车的长木板应当尽量使其水平D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出(2)试验中，某同学得到了一条如图乙所示的纸带．这条纸带上的点距并不匀称，下列说法正确的是________.乙A．纸带的左端是与小车相连的B．纸带的右端是与小车相连的C．利用E、F、G、H、I、J这些点之间的距离来确定小车的速度D．利用A、B、C、D这些点之间的距离来确定小车的速度(3)试验中木板略微倾斜，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(4)若依据多次测量数据画出的W－v图象如图丙所示，依据图线形态，可知对W与v的关系符合实际的是图丙中的________.丙【答案】(1)D(2)BD(3)CD(4)C【解析】(1)橡皮筋对小车做的功和小车获得的动能满足W＝eq\f(1,2)mv2的关系，所以当小车质量肯定时，W与v2成正比，只须要看W与v2是否成正比即可，故A错误；试验中变更拉力做功时，为了能定量，所以用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系，故B错误；从纸带上看出，小车先加速运动后匀速运动，这样的话就须要平衡摩擦力，故木板应当是倾斜的，故C错误；利用打点计时器得到打点纸带时应先接通电源，后让纸带运动，故D正确．(2)纸带右端密集，故纸带的右端是与小车相连的，要测量最大速度，应当选用点迹间距匀称的部分，即应选用纸带的A、B、C、D部分进行测量，故B、D正确，A、C错误．(3)使木板倾斜，小车受到的摩擦力与小车所受重力的重量大小相等，在不施加拉力时，小车在斜面上受到的合力为零，小车可以在斜面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A、B错误，C、D正确．(4)试验探讨发觉，W与v2成正比，故W与v的图象应当是向上弯曲的曲线，故C正确，A、B、D错误．5．(2024·四川省德阳一中期末)在“探究功与速度变更的关系”试验中，某同学设计了如图甲所示的试验方案：使小物块在橡皮筋的作用下沿水平桌面被弹出，其次次、第三次…操作时分别改用2根、3根…同样的橡皮筋将小物块弹出．测出小物块被弹出时的速度，然后找到牵引力对小物块做的功与小物块速度的关系．(1)要测得小物块被弹出后的水平速度，须要测量哪些物理量________(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)用测量的物理量表示获得速度大小的表达式____________.(3)能够实现橡皮筋对小物块做功整数倍变更的是________.A．增加相同橡皮筋的条数，使小物块每次从同一位置释放B．橡皮筋两端固定，使橡皮筋的伸长量依次加倍C．橡皮筋两端固定，使橡皮筋的长度依次加倍D．释放小物块的位置等间距的变更(4)依据试验数据做出W－v2的图象如图乙所示，图线不通过原点的缘由是__________________________________.【答案】(1)DE(2)v＝Leq\r(\f(g,2h))(3)A(4)物块在桌面上运动时要克服摩擦力做功【解析】(1)(2)物块离开桌面后做平抛运动，竖直方向h＝eq\f(1,2)gt2，水平方向L＝vt，解得v＝Leq\r(\f(g,2h))，要测物块被弹出时的速度，须要测量桌面到地面的高度h，小物块抛出点到落地点的水平距离L，故D、E正确．(3)试验时，选择相同的橡皮筋，使橡皮筋的形变量相同，通过变更橡皮筋的条数变更橡皮筋对小车所做的功，故A正确，B、C、D错误．(4)物块在桌面上运动时，弹力对物块做正功，摩擦力对物块做负功，由于物块要克服摩擦力做功，则图象不过原点．6.(2024·山东省聊城一中期中)“探究功与速度变更的关系”的试验装置如图所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……试验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W……每次试验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出．(1)关于该试验，下列说法正确的是________.A．打点计时器可以用干电池供电B．试验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C．每次试验小车必需从同一位置由静止弹出D．利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W－vm、W－veq\o\al(2,m)、W－veq\o\al(3,m)，W2－vm、W3－vm……的图象，得出合力做功与物体速度变更的关系(2)如图所示，给出了某次试验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB＝1.48cm，BC＝1.60cm，CD＝1.62cm，DE＝1.62cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度vm＝________m/s.(结果保留两位有效数字)【答案】(1)CD(2)0.81【解析】(1)打点计时器必需用沟通电，A项错误；试验仪器安装时，必需平衡摩擦力，B项错误；每次试验小车必需从同一位置由静止弹出，C项正确；依据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图象，找出合力做的功与物体速度变更的关系，D项正确．(2)小车获得的最大速度vm＝eq\f(x,t)＝eq\f(1.62×10－2,0.02)m/s＝0.81m/s.7.(2024·广东省中山一中期末)某同学利用如图所示的装置探究功与速度变更的关系．①小物块在1条橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落点记为M1；②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样，重复步骤①，小物块落点分别记为M2、M3、M4、…；③测量相关数据，进行数据处理．(1)为求出小物块拋出时的动能，须要测量下列物理量中的________(填正确答案标号)．A．小物块的质量mB．橡皮筋的原长xC．橡皮筋的拉长量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物块拋出点到落地点的水平距离L(2)将几次试验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、…，小物体拋出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、….若功与速度的二次方成正比，则应以W为纵坐标、________为横坐标作图，才能得到一条直线．(3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽视，则由此引起的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)．【答案】(1)ADE(2)L2(3)系统误差【解析】(1)依据动能的定义Ek＝eq\f(mv2,2)可知，要求出Ek，须要测量m、v.而小物块离开桌面做平拋运动，有h＝eq\f(1,2)gt2，L＝vt，得v＝Leq\r(\f(g,2h))，因此，只要测出L、h，就可知v，选项A、D、E正确．(2)因v＝Leq\r(\f(g,2h))，所以若W∝v2，则W∝L2(g、h为常量)，应以L2为横坐标．(3)小物块与桌面之间的摩擦不行避开，属于系统误差．8．(2024·广西省崇左一中期末)在“探究恒力做功与动能变更的关系”的试验中(装置如图甲)：甲(1)下列说法哪一项是正确的________.(填选项前的字母)A．平衡摩擦力时必需将钩码通过细线挂在小车上B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C．试验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图乙是试验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器运用的沟通电频率为50Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为________m/s(保留三位有效数字)．乙【答案】(1)C(2)0.653【解析】(1)平衡摩擦力时不须要将钩码挂在小车上，选项A错误；为减小系统误差，应使钩码质量远小于小车质量，选项B错误；试验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放，选项C正确．(2)由题中纸带可知，打B点时小车的瞬时速度为v＝eq\f(18.59－5.53×10－2,2×0.1)m/s＝0.653m/s.9．(2024·甘肃兰州一中模拟)某同学为探究“合外力做功与物体动能变更的关系”，设计了如下试验，操作步骤为：①按图1摆好试验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.②先接通打点计时器的电源(电源频率为f＝50Hz)，然后释放小车，打出一条纸带．图1(1)他在多次重复试验得到的纸带中选取出自认为满足的一条，如图2所示，把打下的第一点记作0，选取点迹清楚的三个相邻计数点标记为1、2、3(相邻计数点间还有4个点未画出)，用刻度尺测得计数点1、2、3到0点的距离分别为d1＝25.6cm，d2＝36.0cm，d3＝48.0cm.他把钩码重力作为小车所受合外力(g取9.8m/s2)，算出打下0点到打下点2过程中合力做功W＝______J，把打下点2时小车的动能作为小车动能的变更量，算得Ek＝________J．(结果保留三位有效数字)图2(2)依据此次试验探究的结果，他并没能得到“合外力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差较大．你认为产生这种状况的缘由可能是_____________________________(写出一条即可)．【答案】(1)0.1760.125(2)没有平衡摩擦力或钩码的质量没有满足远小于小车的质量的条件【解析】(1)由题意，合力做功为W＝mgd2≈0.176J；打下点2时小车的速度v2＝eq\f(d3－d1,2T)＝1.12m/s，此时小车的动能Ek＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,2)≈0.125J.(2)由于钩码重力做功大于小车动能增加量，其缘由肯定是合外力小于钩码的重力，所以可能的缘由是未平衡摩擦力或钩码的质量没有满足远小于小车的质量的条件．10.(2024·广东省清远一中期中)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，安装好试验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s＝________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，为了完成试验，还须要干脆测量的一个物理量是_________________________________________________．(3)该试验是否须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s＝70.30cm－20.30cm＝50.00cm.(2)由于该试验验证的是动能定理，故还须要知道滑块、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干脆得到，故不须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．11．(2024·山东省淄博一中模拟)某校物理爱好小组利用如图甲所示装置探究合力做功与动能变更的关系．在滑块上安装一遮光条，系轻细绳处安装一拉力传感器(可显示出轻细绳中的拉力)，把滑块放在水平气垫导轨上A处，细绳通过定滑轮与钩码相连，光电门安装在B处．气垫导轨充气，将滑块从A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F，光电门记录的时间为Δt.(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则宽度为________mm.(2)多次变更钩码的质量(拉力传感器记录的读数F相应变更)，测得多组F和Δt数据，要得到线性变更图象，若已经选定F作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为________.A．Δt B．(Δt)2C.eq\f(1,Δt) D.eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Δt)))2(3)若正确选择横坐标所代表的物理量后，得出线性变更图象的斜率为k，且已经测出A、B之间的距离为s，遮光条的宽度为d，则滑块质量(含遮光条和拉力传感器)的表达式为M＝________.【答案】(1)2.560(2)D(3)eq\f(2sk,d2)【解析】(1)螺旋测微器的固定刻度为2.5mm，可动刻度为6×0.01mm＝0.060mm，所以最终读数为2.5mm＋0.060mm＝2.560mm，即遮光条的宽度d＝2.560mm.(2)滑块通过光电门B的速度v＝eq\f(d,Δt)，依据动能定理得Fs＝eq\f(1,2)Mv2，则F＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Md2,2s)))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Δt)))2，要得到线性变更图象，若已经选定F作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Δt)))2，故D正确，A、B、C错误．(3)依据F＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(Md2,2s)))eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Δt)))2可知，F－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,Δt)))2图象的斜率k＝eq\f(Md2,2s)，解得M＝eq\f(2sk,d2).12．(2024·安徽省亳州一中模拟)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更，试验装置如图甲，木板倾斜构成斜面，斜面B处装有图乙所示的光电门．(1)如图丙，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L；已知物块与斜面的动摩擦因数为μ，为了完成试验，还必需知道的物理量是______________.(4)假如试验结论得到验证，则以上各物理量之间的关系满足：H＝________(用字母表示)．【答案】(1)0.52(2)eq\f(d,t)(3)当地的重力加速度g(4)eq\f(d2＋2μgt2L,2gt2)【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为0.5cm，游标读数等于0.1×2mm＝0.2mm＝0.02cm，所以最终读数为0.5cm＋0.02cm＝0.52cm.(2)物块通过光电门时的速度为v＝eq\f(d,t).(3)依据物块下滑过程中，重力与滑动摩擦力做的功，等于动能的增加，则eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)＝mgH－μmgcosθ·eq\f(L,cosθ)＝mgH－μmgL，为了完成试验，还必需知道的物理量是重力加速度g.(4)依据动能定理得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).13．(2024·哈尔滨三中模拟)在“探究恒力做功与动能变更的关系”试验中(装置如图甲)：甲(1)下列说法哪一项是正确的________.(填选项前字母)A．平衡摩擦力时必需将钩码通过细线挂在小车上B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C．试验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图乙是试验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器运用的沟通电频率为50Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为________m/s.(保留三位有效数字)乙【答案】(1)C(2)0.653【解析】本试验与“验证牛顿运动定律”试验的思想、方法类似．(1)平衡摩擦力是使小车所受重力沿平行于板面方向上的分力与小车所受摩擦力相平衡．故应当避开小车再受其他力，应将细线与小车断开，选项A错误．对钩码mg－FT＝ma，对小车FT＝Ma，解得FT＝eq\f(M,M＋m)·mg＝eq\f(mg,1＋\f(m,M))，当m≤M时，FT约等于mg，选项B错误．试验时要充分利用纸带，故应使小车靠近打点计时器，选项C正确．(2)沟通电频率为50Hz，则周期T＝eq\f(1,f)＝0.02s．由运动学公式知，B点瞬时速度大小为AC中间时刻的速度大小，即vB＝eq\f(xAC,2t)＝eq\f(18.59－5.53,2×5×0.02)×10－2m/s＝0.653m/s.14．(2024·河北省衡水二中模拟)利用如图甲所示的装置可以进行许多力学试验．甲(1)下列说法正确的是________.A．若做“在外力肯定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”试验，须要平衡摩擦力，其方法是，将长木板的右端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，视察小车是否做匀速运动B．若探讨匀变速直线运动，不须要平衡摩擦力，须要使砂和砂桶的质量远小于小车和砝码的总质量C．若探究合外力做功与物体动能变更的关系，把砂和砂桶所受的重力做的功作为合外力做的功，须要平衡摩擦力(2)利用该装置进行试验时，下列说法正确的是________.A．若打点计时器为电火花打点计时器，则应接4～6V、频率为50Hz的沟通电源，打下纸带上相邻两个点的时间间隔为0.02sB．试验时，可以先放开小车后接通电源C．试验起先时，应当让小车靠近打点计时器D．试验起先前，应当调整定滑轮，使拉小车的细线与长木板平行(3)依据试验中得到的一条纸带计算出打下A、B、C、D、E、F六个点时小车的速度并描绘到v－t图象中(如图乙所示)，请你画出小车的v－t图象．由图象可得出小车的加速度为________m/s2.(结果保留两位有效数字)乙【答案】(1)C(2)CD(3)0.4【解析】(1)做“在外力肯定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”试验时，须要平衡摩擦力，其方法是，将长木板的右端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带推断小车是否做匀速运动，选项A错误；探讨匀变速直线运动时，不须要平衡摩擦力，也不须要使砂和砂桶的质量远小于小车和砝码的总质量，选项B错误；探究合外力做功与物体动能变更的关系，假如把砂和砂桶所受的重力做的功作为合外力做的功，须要平衡摩擦力，选项C正确．(2)若打点计时器为电火花打点计时器，则所接的电源应为220V、50Hz的沟通电源，打下纸带上相邻两个点的时间间隔为0.02s，选项A错误；试验时，必需先接通电源让打点计时器稳定工作后再放开小车，选项B错误；试验起先时，让小车靠近打点计时器可以使纸带上获得更多的计数点，选项C正确；拉小车的细线与长木板平行，可使小车和砝码所受的力沿长木板方向，选项D正确．(3)将图中的点拟合成直线，作出v－t图象，图线斜率的大小等于小车的加速度的大小，a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(0.6－0.4,0.5－0)m/s2＝0.4m/s2.15．(2024·北京101中学模拟)为了探究动能变更与合外力做功的关系，某同学设计了如下试验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹子的重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示．其次步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止起先向下加速运动，打出纸带，如图乙所示．打出的纸带如图丙所示．甲乙丙请回答下列问题：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为Δt，O点为打点计时器打下的第一点，依据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B点时滑块运动的速度vB＝________.(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必需测出这一过程滑块________(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W合＝________.(3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系，描点作出v2－W图象，可知该图象是一条________，依据图象还可求得________.【答案】(1)eq\f(x3－x1,2Δt)(2)下滑的位移xmgx(3)过原点的直线滑块的质量M【解析】(1)由打出的纸带可知B点的速度为vB＝eq\f(x3－x1,2Δt)；(2)由功的定义式可知还须要知道滑块下滑的位移x，由动能定理可知W合＝ΔEk，即mgx＝ΔEk；(3)v2－W图象应当为一条过原点的直线，依据ΔEk＝eq\f(1,2)Mv2可求得M的值．16.(2024·福建省莆田一中模拟)用如图甲所示装置来探究功和动能变更的关系．木板上固定两个完全相同的遮光条A、B，用不行伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D上，轨道放在水平桌面上，P为小桶(内有沙子)，滑轮质量、摩擦不计，重力加速度为g.(1)试验中轨道应倾斜肯定角度，这样做目的是．A．为了使释放木板后，木板能匀加速下滑B．为了增大木板下滑的加速度C．可使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功D．可使得木板在未施加拉力时能匀速下滑(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度d＝cm.(3)试验主要步骤如下：①测量木板、遮光条的总质量M，测量两遮光条的距离L，按甲图正确连接器材．②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示数F及遮光条B、A先后经过光电门的时间为t1、t2，则遮光条B、A通过光电门的过程中木板动能的变更量ΔEk＝，合外力对木板做功W＝，(用字母M、t1、t2、d、L、F表示)．③在小桶中增加沙子，重复②的操作．④比较W、ΔEk的大小，得出试验结论．(4)若在本试验中轨道水平放置，其他条件和试验步骤不变，假设木板与轨道之间的动摩擦因数为μ.测得多组F、t1、t2的数据，并得到F与eq\f(1,t\o\al(2,2))－eq\f(1,t\o\al(2,1))的关系图象如图丙．已知图象在纵轴上的截距为b，直线的斜率为k，求解μ＝(用字母b、d、L、k、g表示)．【答案】(1)CD(2)0.170(3)eq\f(Md2,2)(eq\f(1,t\o\al(2,2))－eq\f(1,t\o\al(2,1)))FL(4)eq\f(bd2,2kgL)【解析】(1)木板略微倾斜的目的是平衡摩擦力(Mgsinθ＝Ff)，小车就能做匀速直线运动，小车连上细绳后拉力等于其合力，细线的拉力对小车做的功等于合力对小车做的功，故C、D正确．(2)游标卡尺的读数先读出主尺的刻度数：1mm，游标尺的刻度第14个刻度与上边的刻度对齐，所以读数为：0.05mm×14＝0.70mm，总读数为：1mm＋0.70mm＝1.70mm＝0.170cm.(3)小车通过B时的速度vB＝eq\f(d,t1)，小车通过A时的速度vA＝eq\f(d,t2)，则ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)－eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,B)＝eq\f(Md2,2)(eq\f(1,t\o\al(2,2))－eq\f(1,t\o\al(2,1)))．光滑的滑轮两端的细绳拉力到处相同，弹簧测力计的示数显示的是细绳的拉力F即为小车的合外力，故W＝FL.(4)当轨道水平放置时，对小车由动能定得(F－μMg)L＝eq\f(Md2,2)(eq\f(1,t\o\al(2,2))－eq\f(1,t\o\al(2,1)))，解得F＝eq\f(Md2,2L)(eq\f(1,t\o\al(2,2))－eq\f(1,t\o\al(2,1)))＋μMg，结合F与eq\f(1,t\o\al(2,2))－eq\f(1,t\o\al(2,1))的关系图象可知斜率eq\f(Md2,2L)＝k，纵截距b＝μMg，联立解得μ＝eq\f(b,Mg)＝eq\f(bd2,2kgL).17．(2024·安徽省合肥一中模拟)某学习小组用图甲所示的试验装置探究“动能定理”．他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放．(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d＝mm.(2)下列试验要求中不必要的一项是(请填写选项前对应的字母)．A．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B．应使A位置与光电门间的距离适当大些C．应将气垫导轨调至水平D．应使细线与气垫导轨平行(3)试验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变，变更钩码质量m，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，探讨滑块动能变更与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图象是(请填写选项前对应的字母)．A．作出“t－F图象” B．作出“t2－F图象”C．作出“t2－eq\f(1,F)图象” D．作出“eq\f(1,t)－F2图象”【答案】(1)2.25(2)A(3)C【解析】(1)由图知第5条刻度线与主尺对齐，则d＝2mm＋5×0.05mm＝2.25mm；(2)拉力是干脆通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小无关，故A不必要；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B是必要的；应将气垫导轨调整水平，保持拉线方向与木板平面平行，这样拉力才等于合力，故C、D是必要的；本题选不必要的，故选A.(3)依据牛顿其次定律得a＝eq\f(F,M)，那么(eq\f(d,t))2＝2(eq\f(F,M))L解得：t2＝eq\f(Md2,2LF).所以探讨滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出eq\f(1,t2)－F图象或作出t2－eq\f(1,F)图象，故C正确．18．(2024·江西省赣州二中模拟)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，并依据落点位置测量出小球平抛的水平位移x.变更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/cm5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)已知斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，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；(4)受该试验方案的启发，某同学改用图丙的装置试验．他将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一位置固定，仍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，并测量小球击中木板时平抛下落的高度d，他以H为横坐标，以为纵坐标，描点作图，使之仍为一条倾斜的直线，也达到了同样的目的．【答案】(1)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ)))Η＝eq\f(x2,4y)(2)x2(3)在试验误差允许的范围内，小球运动到斜槽低端的过程中合外力对小球所做的功等于小球动能的增量(4)eq\f(1,d)【解析】(1)设小球离开斜槽时的速度为v，依据平抛运动的规律得：x＝vt，y＝eq\f(1,2)gt2，联立得：v＝xeq\r(\f(g,2y))，小球在斜槽上滑下过程中，重力和摩擦力做功，则合力做的功为：W＝mgH－μmgcosθ·eq\f(H,sinθ)＝mgHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ)))，小球动能的变更量ΔEk＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(x\r(\f(g,2y))))2＝eq\f(mgx2,4y)，则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mgHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ)))＝eq\f(mgx2,4y)，化简得：Heq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ)))＝eq\f(x2,4y)；(2)依据上题结果可知，以H为横坐标，以x2为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图乙所示；(3)由第(1)、(2)问，结合图象可得：在试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；(4)依据平抛运动的规律有：v＝eq\f(x,t)＝eq\f(x,\r(\f(2d,g)))＝xeq\r(\f(g,2d))，则动能定理表达式为：mgHeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ)))＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(mgx2,4d)，化简得：Heq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1－\f(μ,tanθ)))＝eq\f(x2,4)×eq\f(1,d)，故以H为横坐标，以eq\f(1,d)为纵坐标，描点作图，使之仍为一条倾斜的直线．19．(2024·山东临沂二中调研)如图甲所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动状况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的试验．(1)试验中，须要平衡摩擦力和其他阻力．正确操作方法是(选填选项前的字母)．A．把长木板右端垫高B．变更小车的质量在不挂重物且(选填选项前的字母)的状况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消退了摩擦力和其他阻力的影响．A．计时器不打点B．计时器打点(2)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图乙所示．试验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝，打B点时小车的速度v＝.(3)假设已经完全消退了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图丙中正确反映v2－W关系的是．【答案】(1)AB(2)mgx2eq\f(x3－x1,2T)(3)A【解析】(1)平衡摩擦力的方法是：把木板一段垫高，让小车滑下，当小车匀速运动时，就意味着摩擦力抵消了，故选A；平衡摩擦力时，应当让打点计时器打点，因为打点计时器也会有摩擦力，故选B；(2)由于近似认为拉力等于重力，所以拉力做功为W＝mgx2；中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度，所以B点的速度等于AC段的平均速度，即v＝eq\f(x3－x1,2T)；(3)假如试验中完全消退了摩擦力和其他阻力，那么重物重力做的功就等于重物和小车动能的增加量；即：W＝eq\f(1,2)(M＋m)v2，质量都是定值，所以v2与W成正比，故选A.20.(2024·湖北武汉二中质检)利用气垫导轨验证动能定理，试验装置示意图如图7所示。图7试验主要步骤如下：①在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；②用游标卡尺测量遮光条的宽度d；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L；④将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F，从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1,通过光电门2的时间Δt2；⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M。回答下列问题：(1)以滑块(包含遮光条和拉力传感器)为探讨对象，在试验误差允许的范围内，若满足关系式__________________(用测量的物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理；(2)关于本试验，某同学提出如下观点，其中正确的是________；A．理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度B．牵引滑块的细绳应与导轨平行C．须要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对试验结果产生的影响D．托盘和砝码的总质量m必需远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M【答案】(1)FL＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2(2)AB【答案】(1)滑块经过两光电门的速度分别为v1＝eq\f(d,Δt1)、v2＝eq\f(d,Δt2)，对滑块运用动能定理有FL＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2。(2)理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，A正确；牵引滑块的细绳应与导轨平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就在不停变更，其做功变为变力做功而导致无法计算，故B正确；本试验的探讨对象是滑块，故不须要考虑托盘和砝码受到的空气阻力做功，C错误；该试验细绳拉力干脆可以用传感器测量，故托盘和砝码的总质量m不用必需远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M，D错误。1.（2024·江苏卷）某爱好小组用如题10-1图所示的装置验证动能定理．（1）有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供试验选用：A．电磁打点计时器B．电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择（选填“A”或“B”）；（题10-1图）（2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．试验中，为消退摩擦力的影响，在砝码盘中渐渐加入沙子，直到小车起先运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消退．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车视察到小车做匀速运动．看法正确的同学是（选填“甲”或“乙”）；（3）消退摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动；纸带被打出一系列点，其中的一段如题10-2图所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA=m/s；（题10-2图）（4）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L．小车动能的变更量可用ΔEk=算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；试验中，小车的质量应（选填“远大于”“远小于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W=mgL算出，多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理。【答案】（1）B（2）乙（3）0.31（0.30~0.33都算对）（4）远大于【解析】（1）为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选电火花打点计时器即B；（2）当小车起先运动时有小车与木板间的摩擦为最大静摩擦力，由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，所以甲同学的看法错误，乙同学的看法正确；（3）由图可知，相邻两点间的距离约为0.62cm，打点时间间隔为0.02s，所以速度为；（4）对小车由牛顿其次定律有：，对砝码盘由牛顿其次定律有：，联立解得：，当M远大于m时，有：，所以应满足：M远大于m。2.(2024·江苏卷)利用如图所示的试验装置探究恒力做功与物体动能变更的关系．小车的质量为M＝200.0g，钩码的质量为m＝10.0g，打点计时器的电源为50Hz的沟通电．(1)挂钩码前，为了消退摩擦力的影响，应调整木板右侧的高度，直至向左轻推小车视察到________.(2)挂上钩码，按试验要求打出的一条纸带如图所示．选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1＝________m/s.(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W.利用Ek＝eq\f(1,2)Mv2算出小车动能，并求出动能的变更量ΔEk.计算结果见下表．W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00请依据表中的数据，在下面的方格纸上作出ΔEk－W图象．(4)试验结果表明，ΔEk总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F＝________N.【答案】(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)见下图(4)0.093【解析】(1)小车能够自由做匀速运动，纸带上打出间距匀称的点，则表明平衡摩擦力；(2)相邻计数点间时间间隔为T＝0.1s，v1＝eq\f(xO2,2T)＝0.228m/s；(3)描点画图，如图所示(4)对整体，依据牛顿其次定律：mg＝(m＋M)a，钩码：mg－FT＝ma，联立解得绳上拉力：FT＝eq\f(Mm,M＋m)g＝0.093N.3.(2024·北京卷·21)如图所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动状况．利用该装置可以完成“探究动能定理”的试验．(1)打点计时器运用的电源是________(选填选项前的字母)．A．直流电源 B．沟通电源(2)试验中，须要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是________(选填选项前的字母)．A．把长木板右端垫高 B．变更小车的质量在不挂重物且________(选填选项前的字母)的状况下，轻推一下小车．若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消退了摩擦力和其他阻力的影响．A．计时器不打点 B．计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图所示．试验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg.从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝________，打B点时小车的速度v＝________.(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用试验数据作出如图所示的v2－W图象．由此图象可得v2随W变更的表达式为________.依据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析试验结果的单位关系，与图线斜率有关的物