2023年高考物理一輪系統(tǒng)復(fù)習(xí)學(xué)思用(考點(diǎn)分析)-第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理

【考點(diǎn)分析】第五節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理

【考點(diǎn)一】對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和操作的考查

【典型例題1】某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上,

另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做

功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系.此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、

小木塊等.組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示.

(1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些________________.

(2)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，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(gè)(填字母代號(hào)).

A.避免小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng)

B.可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)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(dòng)

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(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)過(guò)快，致使打出的紙帶

上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車速度.在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利

用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決方法：

(4)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車

動(dòng)能增量大一些.這一情況可能是下列哪些原因造成的(填字母代號(hào)).

A.在接通電源的同時(shí)釋放了小車

B.小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力

【解析】(1)實(shí)驗(yàn)要處理紙帶測(cè)速度，需要刻度尺，要分析動(dòng)能的變化，必須要測(cè)出

小車的質(zhì)量，因此還需要天平.

(2)實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)定滑輪高度，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(gè)數(shù)不變的情況下，要減小小車運(yùn)動(dòng)的加速度，可以增大小車的質(zhì)量，

即可在小車上加適量的祛碼(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(dòng)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(lái)增大小車動(dòng)能，一部分用來(lái)

克服阻力做功；也可能是小車做加速運(yùn)動(dòng)，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(dòng)能的增量，C、D項(xiàng)正確.

【答案】(1)刻度尺、天平(包括祛碼)(2)D(3)可在小車上加適量的祛碼(或鉤碼)

(4)CD

【歸納總結(jié)】I.平衡摩擦力的方法是輕推小車，由打在紙帶上的點(diǎn)是否均勻判斷小

車是否勻速運(yùn)動(dòng).

2.測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上點(diǎn)均勻分布的部分.

3.橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的.力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)

算出具體數(shù)值.

4.小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些.

【考點(diǎn)二】對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和誤差分析的考查

【典型例題2】利用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系.小

車的質(zhì)量為M=200.0g,鉤碼的質(zhì)量為，*=10.0g,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電.

(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀

察到.

(2)掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖乙所示.選擇某一點(diǎn)為O,依次每隔4

個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn).用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離Ax,記錄在紙帶上.計(jì)算打出

各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度V,其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)"1”時(shí)小車的速度vt=m/s.

01234567

?????????????■(???????????????????????????????????

>_幺而5.565.98"3.89/4.3554.84

(單位：cm)

乙

(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g=9.80m/s,利用W=wgAx算出拉力對(duì)小車

3

△Ek/(x10J)

I田田田田田II1:<+田甲/(.io-'J)

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AEk總是略小于W.某同學(xué)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(shí)際拉力F=-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(yùn)動(dòng)，表明此時(shí)已消除了摩擦力的影響.

-、，皿-1，-八、士0(2.06+2.50)xlO-2

(2)打出計(jì)數(shù)點(diǎn)"1”時(shí)小車的速度叫=--------Q2--------m/s=0.228m/s.

(3)根據(jù)題表格中的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖.

皿士公舔4.24-2.00

(4)由于W=〃?gAx,AEk=FAx,則有尸=廿叫=1石石石、0.0"9.8N=0.093N.

【答案】(1)小車做勻速運(yùn)動(dòng)(2)0.228⑶如圖

3

AEk/(xIO-J)

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

B7(x10-3j)

2.0

2.02.53.03.54.04.5(4)0.093

【歸納總結(jié)】1.數(shù)據(jù)處理

(1)求小車的速度：利用紙帶上點(diǎn)跡均勻的一段測(cè)出兩點(diǎn)間的距離x,則v=*其中T為

打點(diǎn)周期).

(2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上畫出W—v和卬一/圖象以一根橡皮筋做的功為單

位).根據(jù)圖象得出W8V2.

2.誤差分析

(1)誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條

數(shù)不成正比.

(2)沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大也會(huì)造成誤差.

(3)利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)帶來(lái)的誤差.

【考點(diǎn)三】借助恒力做功探究功與速度變化的關(guān)系

【典型例題3】(2021?江蘇南京市三模)為了測(cè)量滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)〃，一同

學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，A為帶滑輪的滑塊，B為盛有砂的砂桶。

力傳感器

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

?-

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須要進(jìn)行的操作是

A.用天平測(cè)量出砂和砂桶的質(zhì)量

B.調(diào)整滑輪的位置，使繩與桌面平行

C.要保證砂和砂桶的質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量

D.滑塊靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通電源，再釋放小車

（2）該同學(xué)實(shí)驗(yàn)中得到如圖所示的一條紙帶（相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有四個(gè)點(diǎn)未畫出），打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器的交流電源頻率為50Hz,根據(jù)紙帶可以求出小車的加速度?=m/s2（保

留兩位有效數(shù)字）；

單位：cm

（3）通過(guò)改變砂的質(zhì)量，得到滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度和力傳感器示數(shù)F的關(guān)系如圖所示，縱

截距為-萬(wàn)，已知當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,則滑塊和軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù)〃=（用

b、g表示）；

（4）實(shí)驗(yàn)中已測(cè)得滑塊的質(zhì)量為M,將其由靜止釋放，力傳器的示數(shù)為F,滑塊運(yùn)動(dòng)距

離為山時(shí)，砂桶剛好接觸地面且不反彈，滑塊再滑行&的距離后停止運(yùn)動(dòng)，則滑塊與桌面

間的動(dòng)摩擦因數(shù)〃的表達(dá)式為（用F、M、M、S2、g表示）；〃的測(cè)量值與真

實(shí)值相比（填“偏大”、“偏小”、“不變

【解析】（1）AC.本題拉力可以由力傳感器測(cè)出，不需要用天平測(cè)出砂和砂桶的質(zhì)量,

也就不需要使小桶（包括砂）的質(zhì)量遠(yuǎn)小于車的總質(zhì)量，故AC錯(cuò)誤；

B.繩與桌面必須平行，以保證拉力的方向與滑塊的運(yùn)動(dòng)方向一致，故B正確；

D.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器運(yùn)用時(shí)，都是先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后再釋放紙帶，故D正確。故選

（2）每隔四個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，故相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=5x0.02s=0.1s

(8.64+7.75-6.87-6.00)x1O-2

根據(jù)逐差法可得a=m/s2=0.88ITI/S2

4x0.12

(3)根據(jù)牛頓第二定律可得2E-〃Mg=Ma

2

解得a=—F-jug

M

結(jié)合圖線可知〃g=b

解得〃=二b

g

(4)對(duì)滑塊在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)能定理可得2五$-〃伽(E+S2)=0-0

22R

解得〃=

^(5,+S2)

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中不可以避免的存在阻力(紙帶、滑輪摩擦)，導(dǎo)致摩擦力偏大，所以〃的測(cè)量

值偏大。

【答案】(1)BD(2)0.88(3)-(4)〃=―竺鳥——偏大

g"Mg(S,+S2)

【考點(diǎn)四】借助橡皮筋做功探究功與速度變化的關(guān)系

【典型例題4】某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如圖所示，圖中小車

是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條……

完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度

都保持一致)，每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。

(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、刻度尺和(填“交流”或"直流”)

電源。

(2)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦力，則下面操

作正確的是()

A.放開(kāi)小車，能夠自由下滑即可

B.放開(kāi)小車，能夠勻速下滑即可

C.放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可

D.放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可

(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋

所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是()

A.橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)

B.橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)

C.小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處

D.小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線

(4)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度,

應(yīng)選用紙帶的部分進(jìn)行測(cè)量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)。

)ABCDEFG_H1

/...................................(

【解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源，即交流電源。

(2)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開(kāi)拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下

滑即可。故選D。

(3)放開(kāi)小車后，小車做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時(shí)，小車的速

度最大，此時(shí)橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)。

故選Bo

(4)從紙帶上看，紙帶的G/段打點(diǎn)比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的G/段進(jìn)行測(cè)量。

【答案】交流DBGJ

【考點(diǎn)五】拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

【典型例題5](2022?河南洛陽(yáng)市高三(下)二模)某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探

究“動(dòng)能定理他們?cè)跉鈮|導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一寬度為d的遮光條，

滑塊用細(xì)線繞過(guò)氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都

從A處由靜止釋放。

(1)下列實(shí)驗(yàn)要求中不必要的一項(xiàng)是(請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。

A.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量

B.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些

C.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平

D.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行

(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)保持滑塊的質(zhì)量M和A、8間的距離L不變，改變鉤碼質(zhì)量相，測(cè)出對(duì)應(yīng)的

力傳感器的示數(shù)尸和遮光條通過(guò)光電門的時(shí)間％則研究滑塊動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功

的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)原理表達(dá)式為(用F、L、M、d、t表示)。如果通過(guò)描點(diǎn)作出線性圖象,

研究滑塊動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出的圖象是(請(qǐng)?zhí)顚?/p>

選項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母)。

A.作出卜尸圖象B.作出涔尸圖象C.作出「一」■圖象D.作出!一產(chǎn)2

Ft

圖象

【解析】(1)[1]A.滑塊受到拉力可以通過(guò)傳感器直接測(cè)得，故可以不用測(cè)量鉤碼和

力傳感器的總質(zhì)量，A錯(cuò)誤；

B.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，B正確；

CD,應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，保持拉線方向與木板平面平