專題(24)實驗五-探究動能定理(原卷版)

2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)必?zé)峥键c整合回扣練專題（24）實驗五探究動能定理（原卷版）考點一eq\a\vs4\al(基礎(chǔ)實驗考查)1、現(xiàn)提供了如圖甲所示的實驗器材，來探究“合外力做的功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗，由圖可知：(1)平衡摩擦力時，小車是否要掛紙帶_____(選填“要”或“不要”)。

(2)在某次實驗中，得到如圖乙所示的一條紙帶，在A、B、C三個計數(shù)點中應(yīng)該選用_____(選填“A”“B”或“C”)點的速度才符合實驗要求。

(3)某同學(xué)采用如圖甲所示的裝置來做實驗，先使小車不連接橡皮筋，發(fā)現(xiàn)小車在木板上加速下滑。那么，在橡皮筋彈力的作用下，合外力對小車所做的功_____(選填“大于”“小于”或“等于”)橡皮筋彈力所做的功。

2、在“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實驗中（裝置如圖甲）：①下列說法哪一項是正確的___________．（填選項前字母）A．平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上B．為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠大于小車質(zhì)量C．實驗時，應(yīng)使小車靠近打點計時器由靜止釋放②圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分，選取O、A、B、C計數(shù)點，已知打點計時器使用的交流電頻率為50Hz．則打B點時小車的瞬時速度大小為______m/s（保留三位有效數(shù)字）．【提分筆記】(1)為使橡皮筋的拉力所做的功為合外力對小車所做的功，必須平衡小車的摩擦力．(2)利用小車拖著紙帶，小車勻速運動則摩擦力才算被平衡，此操作一是可通過紙帶觀察小車是否勻速，二是可同時平衡紙帶運動所受的阻力．3、某同學(xué)用如圖所示的實驗裝置探究小車動能變化與合力對它所做功的關(guān)系．圖中A為小車，連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B的限位孔，它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上，C為彈簧測力計，不計繩與滑輪的摩擦．實驗時，先接通電源再松開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點．該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上，從點跡清楚的某點開始記為0點，順次選取5個點，分別測量這5個點到0之間的距離，并計算出它們與0點之間的速度平方差Δv2(Δv2＝v2－veq\o\al(2,0))，填入下表：點跡x/cmΔv2/(m2·s－2)0——11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23(1)請以Δv2為縱坐標、x為橫坐標在坐標圖中作出Δv2-x圖象．若測出小車質(zhì)量為0.2kg，結(jié)合圖象可求得小車所受合力的大小為________N.(2)若該同學(xué)通過計算發(fā)現(xiàn)小車所受合力小于彈簧測力計讀數(shù)，明顯超出實驗誤差的正常范圍．你認為主要原因是________________，實驗操作中改進的措施是_______________________________________________．【提分筆記】處理實驗數(shù)據(jù)的方法有平均值法、列表法和圖象法，本題主要用了后兩種方法處理實驗數(shù)據(jù)．列表法的優(yōu)點是將數(shù)據(jù)列成表格，可以簡明地表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，便于檢查測量結(jié)果和運算是否合理，有助于發(fā)現(xiàn)和分析問題，而且列表法還是圖象法的基礎(chǔ)．圖象法的優(yōu)點是通過作圖可以找到或反映物理量之間的變化關(guān)系，并便于找出其中的規(guī)律，確定對應(yīng)量的函數(shù)關(guān)系.考點二eq\a\vs4\al(創(chuàng)新實驗考查)本實驗可從下列兩個方面改進創(chuàng)新1．實驗器材的改進：用拉力傳感器測量拉力，用速度傳感器測量速度．2．實驗方案的創(chuàng)新(1)利用自由落體運動探究功和動能的關(guān)系．(2)研究小車以不同的初速度沿粗糙水平面滑動的距離，得出小車的初動能大小與克服摩擦力做功的情況，也可探究動能定理．(3)讓小球從斜面上某高處滾下，然后做平拋運動等．4、（2020·新課標Ⅲ卷）某同學(xué)利用圖（a）所示裝置驗證動能定理。調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后，掛上鉤碼，鉤碼下落，帶動小車運動并打出紙帶。某次實驗得到的紙帶及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖（b）所示。已知打出圖（b）中相鄰兩點的時間間隔為0.02s，從圖（b）給出的數(shù)據(jù)中可以得到，打出B點時小車的速度大小vB=_____m/s，打出P點時小車的速度大小vP=_____m/s（結(jié)果均保留2位小數(shù)）。若要驗證動能定理，除了需測量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外，還需要從圖（b）給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為_________?！咎岱止P記】信息含義(1)氣墊導(dǎo)軌——不需要平衡摩擦力；(2)光電門——根據(jù)eq\f(d,Δt)計算速度；(3)力傳感器——直接讀出拉力．5、圖甲是小明探究橡皮筋彈力做的功W與小車動能變化ΔEk間的關(guān)系的裝置圖，長木板放在水平桌面上，橡皮筋的兩端分別與小車和擋板相連。實驗中，通過增加橡皮筋的條數(shù)來改變彈力所做的功。(1)下列實驗操作正確的是_____。

A.實驗時，應(yīng)先釋放小車，然后接通電源B.增加橡皮筋條數(shù)時，應(yīng)選取相同的橡皮筋C.每次應(yīng)將小車拉到相同的位置由靜止釋放D.實驗前應(yīng)平衡小車在木板上所受的摩擦力(2)圖乙是實驗中某條紙帶的一部分，相鄰計數(shù)點間時間間隔T=0.1s。為探究橡皮筋彈力做的功W與小車動能變化ΔEk間的關(guān)系，小明用v=QUOTEs1+s22TQUOTE1.38+1.522×0.11.38+1.522×0.1m/s來計算小車的速度。他的算法是否正確？_____((3)圖丙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)所畫出的W-ΔEk圖象，根據(jù)此圖象能否驗證動能定理？_____(選填“能”或“不能”)，理由是____________________________。

6、為了探究動能變化與合外力做功的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案：第一步：把長木板附有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細繩與質(zhì)量為m的帶夾子的重錘跨過定滑輪相連，重錘后連一穿過打點計時器的紙帶，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動，如圖甲所示．第二步：保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開始向下加速運動，打出紙帶，如圖乙所示．打出的紙帶如圖丙所示．請回答下列問題：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點間的時間間隔為Δt，O點為打點計時器打下的第一點，根據(jù)紙帶求滑塊運動的速度，打點計時器打B點時滑塊運動的速度vB＝________.(2)已知重錘質(zhì)量為m，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊________(寫出物理量名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達式W合＝________.(3)算出滑塊運動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標系，描點作出v2-W圖象，可知該圖象是一條________，根據(jù)圖象還可求得________．7、如圖所示，某研究性學(xué)習(xí)小組為探究“物體的動能與速度的關(guān)系”設(shè)計了如下實驗：平直軌道B固定在水平桌面上．彈射裝置A固定于軌道上，小球被勁度系數(shù)較大的壓縮彈簧彈出后從軌道端點O滑出做平拋運動落到地面．已知彈簧的彈性勢能的表達式為Ep＝eq\f(1,2)kx2，式中的k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量．(1)為減少實驗誤差，彈射裝置距離軌道端點O應(yīng)該________(填“近些”或“遠些”)．(2)要探究動能與速度的關(guān)系，實驗中是否一定要測量桌面的高度？________(填“是”或“否”)．(3)在實驗過程中改變彈簧的壓縮量x，并測出與其對應(yīng)的小球做平拋運動的水平位移s.實驗數(shù)據(jù)如表所示.次數(shù)12345x(cm)1.02.03.04.05.0s(m)0.320.650.951.081.60在坐標紙中根據(jù)已描出的點作出合理的圖線．(4)根據(jù)(3)中所作出的圖象，可以得出動能Ek與速度v的關(guān)系：____________________.請簡要說明理由________________________________________________________________．8、為驗證“動能定理”，即：合外力對物體做的功等于物體動能的變化，實驗裝置如圖甲，木板傾斜構(gòu)成斜面，斜面B處裝有圖乙所示的光電門。(1)如圖丙，用10分度的游標卡尺測得擋光條的寬度d=_________cm。

(2)裝有擋光條的物塊由A處靜止釋放后沿斜面加速下滑，讀出擋光條通過光電門的擋光時間t，則物塊通過B處時的速度為_________(用字母d，t表示)。

(3)測得A、B兩處的高度差為H，水平距離L；已知物塊與斜面的動摩擦因數(shù)為μ，為了完成實驗，還必須知道的物理量是___________。

(4)如果實驗結(jié)論得到驗證，則以上各物理量之間的關(guān)系滿足：H=___________(用字母表示)。

9、某興趣小組在做探究做功和物體速度變化關(guān)系的實驗前，提出以下幾種猜想：①W∝v，②W∝v2，③W∝eq\r(v)，他們的實驗裝置如圖所示，PQ為一傾斜放置的薄木板，實驗開始前，他們共同探究如何測量出小車通過斜面底端Q點的速度．有位同學(xué)認為可以通過實驗改進，不需要測出小車通過Q點的速度，也能完成實驗．他的方案是：①將另一長木板放置在水平桌面．②在薄木板上標出等距離的位置點如1、2、3、4，然后將薄木板傾斜放置，使薄木板與長木板良好接觸且固定兩板．③將小車從薄木板上離長木板最近的位置1釋放，記下小車在長木板上停止的位置x1.④將小車從薄木板上的2、3、4位置釋放，記下小車在長木板上停止的位置x2、x3、x4.⑤用刻度尺測量出各位置點到斜面底部的距離．請思考該同學(xué)的探究思路并回答下列問題：(1)小車從斜面某一位置靜止下滑，通過改變__________________來控制合力所做的功成倍增加；將小車滑到斜面底部的速度的測量轉(zhuǎn)化為______________________的測量．(2)下列對本實驗的說法正確的是________．(填選項前的字母)A．由于薄木板不光滑對實驗結(jié)果影響較大B．薄木板傾斜的角度要大些C．薄木板傾斜的角度要適當小些(3)下表是實驗測得的數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)組1234功W2W3W4W小車在長木板上滑行的距離x(cm)6.129.1012.03①最開始小車到達的位置如圖所示，請將測量的讀數(shù)填入表格空白處．②以合力對小車所做的功為縱坐標，小車在長木板上滑行的距離為橫坐標，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)描點畫出的直線斜率是______________________．(填表示的物理量，不填具體的數(shù)據(jù))③根據(jù)表格實驗數(shù)據(jù)可以得出合力對小車做的功與小車獲得的速度關(guān)系為__________________________________________________________．10、如圖所示，氣墊導(dǎo)軌上質(zhì)量為M的滑塊通過輕質(zhì)細繩繞過輕質(zhì)動滑輪與拉力傳感器相連，動滑輪下懸掛質(zhì)量為m的鉤碼，滑塊上遮光條寬度為d。實驗時，滑塊由靜止釋放，測得遮光條通過光電門的時間為Δt，拉力傳感器的讀數(shù)為F。 (1)用游標卡尺測量遮光條寬度，其讀數(shù)為_______cm。

(2)某同學(xué)在“探究繩子拉力對滑塊做功與滑塊動能變化的