2018版高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章能量和動量實驗五探究動能定理

1、實驗五探究動能定理一、 實驗?zāi)康? 探究外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系。2通過實驗數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系。二、 實驗器材小車（前面帶小鉤）、100200 g 砝碼、長木板及兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘、打點計時器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線（若使用電火花計時器不用學(xué)生電源）、56 條等長的橡皮筋、刻度尺。突破點（一）實驗原理與操作典例 1某實驗小組用如“實驗圖示記心中”所示裝置“探究功與物體速度變化的關(guān)系”。（1）為平衡小車運(yùn)動過程中受到的阻力，_應(yīng)該采用下面所述方法中的（填入選項前的字母代號）。A. 逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車能夠自由下滑B. 逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，

2、讓小車在橡皮筋作用下開始運(yùn)動C. 逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，給小車一初速度，讓其拖著紙帶勻速下滑D. 逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓拖著紙帶的小車自由下滑（2）如圖所示是該實驗小組在實驗過程中打出的一條紙帶，已知打點計時器連接的電源的頻率為 50 Hz,則橡皮筋恢復(fù)原長時小車的速度為 _m/s（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。2答案(1)C(2)1.39(1.381.40 均正確)由題引知要點謹(jǐn)記& 1.0 11 1III Illi Illi III III Illi III Illi III llllllll llllllllllllllllll III HillfiiiiD13 H cm31.實

3、驗原理的理解對應(yīng)第題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(yùn)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(yùn)動所受的阻力。2. 利用紙帶確定小車的末速度 對應(yīng)第(2)題橡皮筋恢復(fù)原長時小車已勻速，故應(yīng)利用紙帶上間距相等的部分計算小車速度。X(2) 利用v=t計算小車的速度，為減小測量誤差，所選的范圍應(yīng)盡量長些，如本題可選BE段。(3) 注意刻度尺的精度、估讀及單位，注意對結(jié)果有效數(shù)字的要求。集訓(xùn)沖關(guān)1. (2017 湖南四校聯(lián)考)某實驗小組要探究力對物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系, 選取的實驗裝

4、置如“實驗圖示記心中”所示。(1)實驗時，在未連接橡皮筋時將木板的左端用小木塊墊起，使木板傾斜合適的角度， 打開打點計時器，輕推小車，最終得到如圖甲所示的紙帶，這樣做的目的是(2) 在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻分布的，為了計算小車獲得的速度，應(yīng)選用圖乙紙帶的 _ (填“AF”或“FI”)部分。(3) 小車在一條橡皮筋的作用下由某位置靜止彈出，沿木板滑行，當(dāng)小車的速度最大時,橡皮筋對小車做的功為W再用完全相同的 2 條、3 條、n條橡皮筋作用于小車上，每 次在(填“相同”或“不相同”)的位置由靜止釋放小車， 使橡皮筋對小車做的功分別為 2W3W、nW分析打點計時器打出的紙帶，分

5、別求出小車每次獲得的最大速度V1、V2、V3、Vn甲07 096 .L2O LJ9 1JK 1531,521,52乙(填字母序號)。BC1J4作出 WV 圖像。則下列符合實際的圖像是解析：(1)紙帶上打出的點跡均勻， 說明小車做勻速運(yùn)動，這樣做的目的是平衡摩擦力。(2) 紙帶在橡皮筋的拉力作用下做加速運(yùn)動，橡皮筋做功完畢后，小車的速度達(dá)到最大，之后做勻速運(yùn)動，因此勻速運(yùn)動時的速度即為該過程中小車的最大速度，故為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶上點跡均勻分布的部分測量，即FI。(3) 橡皮筋的拉力為變力，采用倍增法增加功，使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，當(dāng)小車的速度最大時，橡皮筋對小車做的

6、功為W再用完全相同的 2 條、3 條、n條橡皮筋作用于小車上， 每次由靜止釋放小車時橡皮筋的伸長量都相同，使橡皮筋對小車做的功分別為2W 3WnW,所以每次應(yīng)在相同的位置由靜止釋放小車。(4) 功與速度的平方相對應(yīng)，所以圖像應(yīng)為D。答案：平衡摩擦力(2)FI(3)相同(4)D2. (2014 天津高考)某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關(guān)系。此外還準(zhǔn)備了打點計時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、 紙帶、小木塊等。組裝的實驗裝置如圖所示。紙帶接電源(1) 若要完成該實驗，必需

7、的實驗器材還有哪些 _ 。(2) 實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個 _(填字母代號)。A. 避免小車在運(yùn)動過程中發(fā)生抖動B. 可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C. 可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動D. 可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力(3) 平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決方法： _。他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些。

8、這一情況可能是下列哪些原因造成的 _(填字母代號)。A 在接通電源的同時釋放了小車B. 小車釋放時離打點計時器太近C. 阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D. 鉤碼做勻加速運(yùn)動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力 解析：(1)實驗要通過紙帶測速度，需要刻度尺，要5分析動能的變化，必須要測出小車的質(zhì)量，因此還需要天平。(2) 實驗中調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使細(xì)繩與木板平行，可在平衡摩擦力后使細(xì)繩的拉力等于小車所受的合力，如果不平行，細(xì)繩的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改變了摩擦力就不能使細(xì)繩拉力等于小車所受的合力，D 正確。(3) 在所掛鉤碼個數(shù)不變的情況下，要減小小車運(yùn)動的加速度，可以增大小車的質(zhì)量，

9、 即可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)。(4) 如果用鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，發(fā)現(xiàn)拉力做的功總比小車動能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉， 因此拉力做功一部分用來增大小車動能，一部分用來克服阻力做功；也可能是鉤碼做加速運(yùn)動， 因此細(xì)繩的拉力小于鉤碼的重力， 鉤碼的重力做 的功大于細(xì)繩的拉力做的功，即大于小車動能的增量，C D 項正確。答案：(1)刻度尺、天平(包括砝碼)(2)D(3)可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)(4)CD突破點(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例 2如“實驗圖示記心中”所示裝置，是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做功 和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋

10、作用下彈出，沿木板滑行的情形。橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)把 2 條、3 條、n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第 3 次、n次實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。小車每次實驗中獲得的 速度由打點計時器所打出點的紙帶測出。(1) 除了圖中已給出的實驗器材外，還需要的器材有 _;(2) 平衡摩擦后，每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的 _ 部分進(jìn)行測量；(3)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2 次、第 3次、n次實驗中橡皮筋做的功2填寫在對應(yīng)的位置，并計算Vn及Vn，填入下表：橡皮筋做的功10 個間距的距離x(m)10 個間距的時間 Rs)小車獲

11、得的速度Vn(m/s)小車速度的平方Vn2(m2/s2)第 1 次W0.2000.2第 2 次0.2800.2第 3 次0.3000.2第 4 次0.4000.2第 5 次0.4500.26(4)從理論上講，橡皮筋做的功 VV 和物體速度Vn變化的關(guān)系應(yīng)是g_，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖所示的坐標(biāo)系中作出7相應(yīng)的圖像驗證理論的正確性。答案(1)學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙，刻度尺(2)點距均勻(3)如下表圖所示(4)Vn2如81.實驗器材的選用對應(yīng)第(1)題應(yīng)用電磁打點計時器打紙帶的實驗時， 與打點計時器相關(guān)的器材， 如： 學(xué)生電源、 導(dǎo) 線、復(fù)寫紙、紙帶必須有，處理紙帶時，為測量計時點間距，還應(yīng)

12、有刻度尺。2.數(shù)據(jù)處理的方法對應(yīng)第：題1 紙帶上點間距相等部分對應(yīng)橡皮筋松弛后小車獲得的末速度。2 因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的長度，故橡皮筋對小車做的總功與橡皮筋條 數(shù)成正比。3.利用圖像探究物理量間的關(guān)系對應(yīng)第(4)題(1) 利用圖像探究物理量間的關(guān)系時，首先確定橫、縱坐標(biāo)軸對應(yīng)的物理量及單位。(2) 根據(jù)表中數(shù)據(jù)確定橫、縱坐標(biāo)軸的標(biāo)度。(3) 認(rèn)真描繪各坐標(biāo)點。(4) 連線時要注意連線原則，偏離直線較遠(yuǎn)的點要舍去。9（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(xì)線掛在小車上B.為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量C.實驗時，應(yīng)使小車靠近打點計時

13、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50 Hz,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)解析：（1）平衡摩擦力時不需將鉤碼掛在小車上，選項A 錯誤；為減小誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，選項 B 錯誤；實驗時，應(yīng)使小車靠近打點計時器由靜止釋放，選項 C 正確。（2）由紙帶可知，B點的速度答案：(1)C(2)0.6534. （2017 湖州模擬）某同學(xué)利用圖甲探究力對物體做的功與物體速度的關(guān)系，得到了 如下表的數(shù)據(jù)：實驗次數(shù)12345橡皮筋條數(shù)13457小車速度v/(ms-1)0.711.231.42

14、1.581.87（注：每條橡皮筋拉長的長度都一樣）0L.scfl-P- - -VB=XAC2T2X0.1込 m/s = 0.653 m/s集訓(xùn)沖關(guān)3.單位:cm乙10(1)設(shè)一條橡皮筋拉長到固定長度所做的功為W,在圖乙中大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v關(guān)系的圖像。(2)_ 由圖像大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是 _。解析：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，橡皮筋做的功與小車獲得的速度有關(guān)，并且做功越多, 小車獲得的速度越大。據(jù)描點法可知，W與v的圖線為拋物線，如圖所示。(2)由圖像大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是Wv2。5.(2017 深圳模擬)某同學(xué)用如圖甲所示裝置來探究“動能定理”，得到一條如圖乙所

15、示的紙帶，0點為第一個點，并在紙帶清晰段依次標(biāo)記了A、B C三個點，用毫米刻度尺測得各點到0點的距離如圖，重物質(zhì)量m 1.00 kg。(1)電火花打點計時器應(yīng)選擇以下哪種電源 _ 。A. 46 V、50 Hz 交流電源B. 220 V、50 Hz 交流電源(2)從0點到B點，重物的重力做功Ws=_ J，動能的增加量云=_ J。(g答案：(1)見解析圖11取 10 m/s2，以上計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)解析：電火花打點計時器使用 220 V、50 Hz 的交流電源，所以選項 B 正確。從0點到B點，重物的重力做功2.實驗原理的創(chuàng)新對應(yīng)第 、題12Wl=mgh=1.00X10X0.7776 J

16、7.78 J=3.895 m/s ,12B點的動能E7.59 J動能的增加量 H =氐一 0 = 7.59 J答案：(1)B(2)7.787.59突破點(三)實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新典例 3 某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置驗證動能定理。拉力眉感器Xi光電門1甫塊導(dǎo)軌標(biāo)尺(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離_cm;(2)測量擋光條的寬度d,記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間t1和t2,并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F,為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是_ ?(3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？ _(填“是”

17、或“否”)。答案(1)50.00(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M(3)否由題引知要點謹(jǐn)記1.實驗器材的創(chuàng)新對應(yīng)題干部分1 利用氣墊導(dǎo)軌替代長木板，實驗中不必再平衡滑塊的摩擦力。2 利用光電門測量滑塊運(yùn)動的速度更準(zhǔn)確。B點的速度hACVB=2T=2X0.02止m/s細(xì)繩A就碼盤和秋碼定潸輪光電仃2133 利用力傳感器測量細(xì)繩的拉力更方便。1 實驗研究滑塊通過兩光電門之間的過程中合外力做功與動能改變量的關(guān)系，研 究對象為滑塊、擋光條和拉力傳感器整體。2 因用拉力傳感器直接測細(xì)繩拉力大小，故不必滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小 于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量。集訓(xùn)沖關(guān)6. （2017 邵陽月

18、考）氣墊導(dǎo)軌工作時，空氣從導(dǎo)軌表面的小孔噴出，在導(dǎo)軌表面和滑 塊內(nèi)表面之間形成一層薄薄的空氣層，使滑塊不與導(dǎo)軌表面直接接觸，故滑塊運(yùn)動時受到的阻力大大減小，可以忽略不計。為了探究做功與物體動能之間的關(guān)系，在氣墊導(dǎo)軌上放置一帶有遮光片的滑塊，滑塊的一端與輕彈簧相接，彈簧另一端固定在氣墊導(dǎo)軌的一端，將一光電門P固定在氣墊導(dǎo)軌底座上適當(dāng)位置（如圖 1），使彈簧處于自然狀態(tài)時，滑塊上的遮光片 剛好位于光電門的擋光位置，與光電門相連的光電計時器可記錄遮光片通過光電門時的擋光時間。實驗步驟如下：連光片滑塊圖11III2 IHlJIlli主尺rm05 In游標(biāo)尺SI21用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d；2在氣墊

19、導(dǎo)軌上適當(dāng)位置標(biāo)記一點A圖中未標(biāo)出，AP間距離遠(yuǎn)大于d），將滑塊從A點由靜止釋放。由光電計時器讀出滑塊第一次通過光電門時遮光片的擋光時間t;3利用所測數(shù)據(jù)求出滑塊第一次通過光電門時的速度v；4更換勁度系數(shù)不同而自然長度相同的彈簧重復(fù)實驗步驟，記錄彈簧勁度系數(shù)及相應(yīng)的速度v,如下表所示：彈簧勁度系數(shù)k2k3k4k5k6kv(m/s)0.711.001.221.411.581.732 2 2v(m /s )0.501.001.491.992.502.9933v(m /s )0.361.001.822.803.945.1814測量遮光片的寬度時游標(biāo)卡尺讀數(shù)如圖2 所示，讀數(shù)為d=_ m ；（2）用測

20、量的物理量表示遮光片通過光電門時滑塊的速度的表達(dá)式v=_已知滑塊從A點運(yùn)動到光電門P處的過程中，彈簧對滑塊做的功與彈簧的勁度系數(shù)成正比，根據(jù)表中記錄的數(shù)據(jù)，可得出合力對滑塊做的功W與滑塊通過光電門時的速度v的關(guān)系是_ 。解析：(1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為16 mm 游標(biāo)尺上第 2 個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標(biāo)尺讀數(shù)為 2X0.1 mm= 0.2 mm,所以最終讀數(shù)為：16 mm+ 0.2 mm= 16.2 mm = 1.62x10m。(2) 由于遮光片寬度較小，時間很短，所以瞬時速度接近平均速度，則v= p(3) 由數(shù)據(jù)可知速度的平方與勁度系數(shù)成正比，而彈簧對滑塊做的功與勁度系數(shù)成正比，

21、則彈簧對滑塊做的功與速度的平方也成正比，即W與v2 3成正比。_2d2答案：(1)1.62x10_(2)t(3)W與v成正比7某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置驗證動能定理。固定并調(diào)整斜槽，使它的末端O點的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復(fù)寫紙。將小球從不同的標(biāo)記點由靜止釋改變小球在斜槽上的釋放位置，進(jìn)行多次測量，記錄數(shù)據(jù)如下:高度H(h為單位長度)h2h3h4h5h6h7h8h9h水平位移x(cm)5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)斜槽傾角為0，小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為卩，斜槽底端離地的高度為y,不計小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過

22、程中，動能定理若成立應(yīng)滿足的關(guān)系式2以H為橫坐標(biāo)，以 _ 為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點作圖，如圖乙所示。3由第(1)(2)問，可以得出結(jié)論 _解析：(1)設(shè)小球離開斜槽時的速度為v,根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律得：+1.2x=vt,y= 2gt15小球在斜槽上滑下的過程中，重力和摩擦力做功，則合力做的功為:H、W=mgH-噸“0 sinr=mgH1 1- tanr小球動能的變化量 2mV=淨(jìng)2(2)根據(jù)上題結(jié)果可知，以H為橫坐標(biāo)，以x為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點作圖，如題圖乙所示。由第(2)問，結(jié)合圖像可得：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，小球運(yùn)動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于動能的增量。tan 0 =

23、SS2(2(2)/)/(3)(3)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，小球運(yùn)動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于小球動能的增量& (2017 廣州模擬)用如圖甲所示的實驗裝置完成整下列實驗步驟的相關(guān)內(nèi)容:(1)用天平測量小車和遮光片的總質(zhì)量M砝碼盤的質(zhì)量m;用游標(biāo)卡尺測量遮光片的用米尺測量兩光電門之間的距離s；(2)在砝碼盤中放入適量砝碼；適當(dāng)調(diào)節(jié)長木板的傾角，直到輕推小車，遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時間相等;則小球從斜槽上滑下的過程中，動能定理若成立應(yīng)滿足的關(guān)系式是mg廠4y答案：(1)mgH1“探究動能定理”實驗。 請補(bǔ)充完寬度d,游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為.cm.cm；按圖甲所示安裝好實驗裝置,1111|lllllllliiiilmi iii|