2019屆高考物理一輪復習第4章曲線運動萬有引力與航天實驗5探究動能定理習題新人教版.docx

第五章實驗五 探究動能定理1(2017北京卷)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。(1)打點計時器使用的電源是_B_(選填選項前的字母)。A直流電源B交流電源(2)實驗中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正確操作方法是_A_(選填選項前的字母)。A把長木板右端墊高B改變小車的質(zhì)量在不掛重物且_B_(選填選項前的字母)的情況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A計時器不打點B計時器打點(3)接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C各點到O點的距離為x1、x2、x3，如圖2所示。實驗中，重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，可認為小車所受的拉力大小為mg。從打O點打B點的過程中，拉力對小車做的功W_mgx2_，打B點時小車的速度v。(4)以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據(jù)做如圖3所示的v2W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達式為_v24.7W，(4.5W5.0W均認為正確)_。根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應是_質(zhì)量_。(5)假設已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2W關(guān)系的是_A_。解析(1)打點計時器使用的電源是交流電源，故選B。(2)實驗中，平衡摩擦力和其它阻力時，應先不掛重物，把長木板右端適當墊高，在小車后面掛上紙帶，接通電源，在打點計時器打點的情況下，輕推一下小車，給小車一個初速度，若小車拖著紙帶做勻速運動，則表明已經(jīng)消除了摩擦力和其它阻力的影響。(3)實驗中，可認為小車所受的拉力F大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功WFx2mgx2。在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，故vB。(4)由題圖3可知，v2kW，斜率k，其單位為m2s2J1。又1J1Nm,1 N1kgms2，故1J1 kgm2s2，故J1kg1m2s2，因此斜率k的單位為，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應是質(zhì)量。(5)假設完全消除了摩擦力和其它阻力的影響，對由小車和重物組成的系統(tǒng)，其動能增加量為Ek，考慮到我們按重力做功Wmgx，有EkW，即v2W，故A正確。2(2017江蘇卷)利用如圖1所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m10.0 g，打點計時器的電源為50 Hz的交流電。(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_小車做勻速運動_。(2)掛上鉤碼，按實驗要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點為O，依次每隔4個計時點取一個計數(shù)點。用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離x，記錄在紙帶上。計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1_0.228_m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對小車做的功W。利用EkMv2算出小車動能，并求出動能的變化量Ek。計算結(jié)果見下表。W/103J2.452.923.353.814.26Ek/103J2.312.733.123.614.00請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出EkW圖象。答案：(4)實驗結(jié)果表明，Ek總是略小于W。某同學猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實際拉力F_0.093_N。解析(1)掛鉤碼前，調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車，觀察到小車做勻速直線運動，表明此時已消除了摩擦力的影響。(2)打出計數(shù)點“1”時小車的速度v1m/s0.228m/s。(3)根據(jù)題表格中的數(shù)據(jù)，描點作圖。(4)由于Wmgx，EkFx，則有Fmg0.019.8N0.093N。3(2017河北衡水中學調(diào)研)與打點計時器一樣，光電計時器也是一種研究物體運動情況時的常用計時儀器。如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置?，F(xiàn)利用如圖乙所示的裝置探究滑塊所受外力做功與其動能變化的關(guān)系。方法是：在滑塊上安裝一遮光板，把滑塊放在水平放置的氣墊導軌上(滑塊在該導軌上運動時所受阻力可忽略)，通過跨過定滑輪的細繩與鉤碼相連，連接好1、2兩個光電門，在圖示位置釋放滑塊后，光電計時器記錄下滑塊上的遮光板先后通過兩個光電門的時間分別為t1、t2。已知滑塊(含遮光板)質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m、兩光電門間距為s、遮光板寬度為L、當?shù)氐闹亓铀俣葹間。(1)用游標卡尺(20分度)測量遮光板寬度，刻度如圖丙所示，讀數(shù)為_5.70_mm。(2)本實驗想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合外力，為減小這種做法帶來的誤差，實驗中需要滿足的條件是M_遠大于_m(填“大于”“遠大于”“小于”或“遠小于”)。(3)計算滑塊先后通過兩個光電門時的瞬時速度的表達式為v1，v2。(用題中所給字母表示)(4)本實驗中，驗證滑塊運動的動能定理的表達式為mgsM()2M()2。(用題中所給字母表示)解析(1)游標卡尺的讀數(shù)為5mm0.0514mm5.70mm。(2)對系統(tǒng)運用牛頓第二定律得，mg(mM)a，解得a，則繩子的拉力TMa，當mM時，鉤碼的重力才可以表示滑塊所受的合外力。(3)滑塊通過光電門時用平均速度表示瞬時速度，因此速度分別為、。(4)合外力做功為mgs，EkM()2M()2，因此表達式為mgsM()2M()2。4(2017云南曲靖一中模擬)物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動能越來越大。為了“探究重力做功和物體動能變化間的定量關(guān)系”，某實驗小組根據(jù)如圖所示的實驗裝置設計的實驗方案為：利用電磁鐵控制小鋼球的起始下落；用刻度尺測量小鋼球的下落高度；用計時裝置測出小鋼球經(jīng)過光電門的時間，計算出小鋼球的速度；比較小鋼球受到的重力所做的功與小鋼球動能變化之間的關(guān)系。(1)根據(jù)上述實驗方案進行了如下操作。用天平測定小鋼球的質(zhì)量為m0.25kg；用游標卡尺測出小鋼球的直徑為d10.0mm；用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為L80.40cm；實驗時，電磁鐵先通電，讓小鋼球_吸附在電磁鐵的下端_；然后_斷開電磁鐵的電源_，小鋼球自由下落；在小鋼球經(jīng)過光電門的時間內(nèi)，計時裝置記下小鋼球經(jīng)過光電門所用時間為t2.50103s，則小鋼球經(jīng)過光電門時的速度可利用表達式vd/t進行計算，此計算結(jié)果比小鋼球的實際速度_小_(填“大”或“小”)；計算得出重力做的功為_2.01_J，小鋼球動能變化量為_2.00_J。(g取10m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)在本實驗中的誤差來源：_空氣阻力，測量誤差，讀數(shù)誤差，計算速度值有誤差等(任寫兩條即可)_(至少寫出兩條)。解析(1)平均速度等于中間時刻的瞬時速度，而實際速度應該是中間位置的瞬時速度，中間時刻的瞬時速度小于中間位置的瞬時速度；重力做的功為WGmgL0.251080.400.01J2.01J，動能變化量Ekmv22.00J。5(2017四川德陽診斷)某實驗小組“探究合外力做功和動能變化的關(guān)系”，他們將寬度一定的擋光片固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與砝碼盤相連，在水平桌面上的A、B兩點各安裝一個光電門，記錄小車通過A、B位置時的遮光時間，小車中可以放置砝碼。(1)實驗主要步驟如下：實驗前應將木板左端略微抬高，使小車通過兩光電門的遮光時間相等，這樣做的目的是_平衡摩擦力_；用游標卡尺測量遮光片寬度為d，再用刻度尺測得A、B之間的距離為L；將小車停在C點，在砝碼盤中放上砝碼，小車在細線拉動下運動，記錄此時小車(含遮光片及車中砝碼)的質(zhì)量為M，砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m，小車通過A、B的遮光時間分別為t1、t2，已知重力加速度為g，則可得到A至B過程中小車所受合外力做的功為_mgL_，小車動能的變化量為M()2M()2(用相應的字母m、M、t1、t2、L、d表示)；在小車中增減砝碼或在砝碼盤中增減砝碼，重復的操作。(2)為使實驗能達到預期效果，步驟中M、m應滿足的條件是_M遠大于m_。解析(1)實驗前應將木板左端略微抬高，使小車通過兩光電門的遮光時間相等，這樣做的目的是平衡摩擦力，使小車受到的拉力等于其合外力，細線的拉力對小車做的功等于合外力對小車做的功；從A至B過程中，小車所受合外力做的功等于砝碼盤和盤中砝碼的重力做的功，即WmgL，小車通過A時的速度vA，小車通過B時的速度vB，則小車從A到B過程中動能的變化量EkM()2M()2。(2)只有當M遠大于m時，砝碼盤和盤中砝碼的重力才等于細線的拉力，即滿足M遠大于m時可以用砝碼盤和盤中砝碼的重力做的功代替小車所受合外力做的功。6(2017江西師大附中期中)某同學用如圖甲所示的實驗裝置“探究小車動能變化與合外力做功的關(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，P為重物，不計繩與滑輪的摩擦。實驗時，先接通電源再釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點。(1)該同學在一條比較理想的紙帶上，從點跡清楚的某點開始記為O點，順次選取5個點，分別測量這5個點到O之間的距離，并計算出它們與O點之間的速度平方差v2(v2v2v)，填入表中：點跡s/cmv2/(m2s2)O/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23若測出小車質(zhì)量為0.2kg，結(jié)合如圖乙的圖象可求得小車所受合外力的大小為_0.25_N。(2)本實驗中是否必須滿足重物P的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量_否_(填“是”或“否”)。(3)若該同學通過計算發(fā)現(xiàn)小車所受合外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