高考物理一轮复习 知识点46：探究动能定理及用能的方法测量动摩擦因数（原卷版）（基础版）

知识点46：探究动能定理及用能的方法测量动摩擦因数题型一：探究动能定理【知识思维方法技巧】牵引法：重物拉线跨过定滑轮牵引小车或滑块在轨道上运动纸带法：测出计数点间距，由打出某点前后两点时间内的平均速度替代打出该点时的速度光电门法：测出遮光条的宽度及遮光时间，由遮光时间内的平均速度代替物体经过光电门时的速度类型一：应用打点计时器探究动能定理【典例1a基础题】某同学用图甲所示装置进行“探究恒力做功与动能改变的关系”实验．平衡摩擦力后，通过实验得到图乙所示的纸带．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.实验时小车的质量为0.390kg，小车受到细绳的拉力为0.40N．回答下列问题：(计算结果保留3位有效数字)(1)小车从O到E，合力做的功W＝J；动能变化量ΔEk＝J.(2)实验中该同学发现W略大于ΔEk，其主要原因是(写出一条即可)．【典例1a基础题对应练习】某兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理．(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：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”)．(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．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是(选填“甲”或“乙”)．(3)消除摩擦力的影响后，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.(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.小车动能的变化量可用ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，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．类型二：应用光电门探究动能定理【典例1b基础题】用如图甲所示的实验装置完成“探究动能定理”实验。请补充完整下列实验步骤的相关内容。（1）用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为____________________cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离s。（2）在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等。（3）取下细线和砝码盘，记下________________________(填写相应物理量及其符号)。（4）让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB。（5）在步骤(4)中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W合＝__________，小车动能变化量ΔEk＝______________________(用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g)，比较W合和ΔEk的值，找出两者之间的关系。（6）重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复(2)～(5)步骤。（7）本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是______________。A．尽量减小两光电门间的距离sB．调整滑轮，使细线与长木板平行C．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量【典例1b基础题对应练习】利用图甲所示实验装置“探究做功与物体动能变化的关系”，图甲中1、2是光电计时器的光电门，光电计时器可记录滑块上的遮光片P通过光电门的时间，实验时光电门1固定，光电门2位置可以改变．(重力加速度大小为g)(1)为了计算滑块通过光电门的速度，先用游标卡尺测量遮光片的宽度如图乙，遮光片的宽度d＝________mm；(2)用天平测量出遮光片和滑块的总质量为M，钩码的质量为m，将滑块用轻绳与钩码连接，调节木板左端垫片的位置，轻推滑块，若滑块通过光电门1、2所用的时间相等，说明滑块匀速运动；(3)不挂钩码，滑块从光电门1左侧位置释放，记录遮光片通过光电门1、2的时间t1、t2，用刻度尺测量两个光电门的距离L，滑块从光电门1运动到光电门2的过程，外力做功为__________，动能变化量为______________(用t1、t2、d、M、m、L和g表示)，并进行比较；(4)改变光电门2及滑块的释放位置，多次重复实验；(5)利用图象处理相应的实验数据，探究做功与物体动能变化的关系．类型三：应用光电门+测力计（力传感器）探究动能定理【典例1c基础题】用如图甲所示装置来“探究功和动能变化的关系”，木板上固定两个完全相同的遮光条A、B，用不可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(内有砂子)，滑轮质量、摩擦不计．（1）实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.（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）实验主要步骤如下：①测量木板(含遮光条)的总质量M，测量两遮光条间的距离L，按图甲所示正确连接器材；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化量ΔEk＝__________________，合外力对木板做功W＝__________________.(以上两空用字母M、t1、t2、d、L、F表示)③在小桶中增加砂子，重复②的操作，比较W、ΔEk的大小，可得出实验结论．题型二：用能的方法测量动摩擦因数【知识思维方法技巧】利用能量方法测动摩擦因数的原理：在利用能量的观点测定动摩擦因数时，关键点是求出摩擦力以外的力所做的功，而这些功最终又是通过摩擦力来消耗的，以此将摩擦力以外的力做的功与摩擦力做的功建立等量关系，最后求出动摩擦因数。类型一：应用牵引法测量动摩擦因数【典例2a基础题】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”)．类型二：应用自滑法测量动摩擦因数【典例2b基础题】某兴趣小组要测量木块与较粗糙木板之间的动摩擦因数，他们先将粗糙木板水平固定，再用另一较光滑的板做成斜面，倾斜板与水平板间由一小段光滑曲面连接，保证木块在两板间通过时速度大小不变，如图所示．（1）使木块从高h处由静止滑下，在水平板上滑行x后停止运动，改变h大小，进行多次实验，以h为横坐标、x为纵坐标，从理论上(忽略木块与倾斜板间的摩擦)得到的图象应为______________________________________________________________________；（2）如果考虑到木块与倾斜板之间的摩擦，在改变h时他们采取的办