高中一輪復習物理課時檢測（二十八）探究動能定理（實驗提能課）

課時檢測(二十八)探究動能定理(實驗提能課)1．(2018·山西晉城模擬)探究“功與物體速度變化的關系”的實驗裝置如圖所示，下列說法不正確的是()A．在改變橡皮筋的條數(shù)時，橡皮筋伸長的長度必須一致B．根據(jù)記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法，是用紙帶上第一點到最后一點的距離進行計算C．某同學在一次實驗中，得到一條記錄紙帶，紙帶上打出的點兩端密、中間疏，原因可能是沒有使木板傾斜或傾角太小D．本實驗的目的是探究橡皮筋對小車做的功與小車的速度之間存在的關系解析：選B為了保證每條橡皮筋對小車做功相同，每次改變橡皮筋條數(shù)時，橡皮筋拉伸的長度必須要保持一致，選項A正確；本實驗中小車先加速運動后勻速運動，所以要利用紙帶上點跡均勻的部分，求出小車做勻速運動的速度，選項B錯誤；實驗中如果沒有平衡摩擦力或沒有使木板傾斜或傾角太小，則會在小車獲得最大速度后由于摩擦阻力影響導致速度減小，出現(xiàn)打出的點“兩端密、中間疏”現(xiàn)象，選項C正確；本實驗的目的是探究橡皮筋對小車做的功與小車的速度之間存在的關系，選項D正確。2．(2018·蘇錫常鎮(zhèn)高三模擬)圖1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，通過增減橡皮筋的根數(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，應先釋放小車，然后接通電源B．增加橡皮筋根數(shù)時，應選取相同的橡皮筋C．每次應將小車拉到相同的位置由靜止釋放D．實驗前應先平衡小車在木板上所受的摩擦力(2)圖2是某次實驗中的一條紙帶，相鄰計數(shù)點間時間T＝0.02s，為得到本次實驗小車動能的變化，由紙帶數(shù)據(jù)求得的小車速度v＝________m/s。(3)由實驗數(shù)據(jù)畫出的WΔEk圖像如圖3所示，小明認為由圖像能得出“橡皮筋彈力做的功等于小車動能變化”的實驗結論，你同意嗎？________(填“同意”或“不同意”)。你的理由是_________________。解析：(1)本實驗通過改變橡皮筋的根數(shù)來改變橡皮筋所做的功，設一根橡皮筋所做的功為W0，則n根相同的橡皮筋所做的功為W＝nW0，B項正確；為使每次每根橡皮筋所做的功相同，每次都應將小車拉到相同的位置由靜止釋放，C項正確；要使橡皮筋所做的功等于小車動能的變化，應先平衡小車在木板上所受的摩擦力，D項正確；實驗操作時應先接通電源，后釋放小車，A項錯誤。(2)為得到小車動能的變化應求出小車的最大速度，小車達到最大速度時做勻速直線運動，v＝eq\f(x,T)＝eq\f(1.8×10－2,0.02)m/s＝0.9m/s。(3)不同意，實驗中不能測出橡皮筋彈力所做功的具體數(shù)據(jù)。答案：(1)BCD(2)0.9(3)不同意實驗中不能測出橡皮筋彈力所做功的具體數(shù)據(jù)3．某學習小組利用如圖所示的裝置探究動能定理。(1)將氣墊導軌調至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離x＝________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Δt1和Δt2，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量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量？________(填“是”或“否”)解析：(1)兩光電門中心之間的距離x＝70.30cm－20.30cm＝50.00cm。(2)由于該實驗探究的是動能定理，故還需要知道滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量。(3)由于拉力可以通過拉力傳感器的讀數(shù)直接得到，故不需要滿足砝碼盤和砝碼的總質量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量。答案：(1)50.00(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量(3)否4．(2018·長沙模擬)如圖是某小組驗證動能定理的實驗裝置，在滑塊上安裝一遮光條與拉力傳感器，把滑塊放在水平氣墊導軌上，通過跨過定滑輪的細繩與鉤碼相連，光電門安裝在B處。測得滑塊(含遮光條和拉力傳感器)質量為M、鉤碼的總質量為m、遮光條的寬度為d，當?shù)氐闹亓铀俣葹間。當氣墊導軌充氣后，將滑塊在圖示A位置由靜止釋放后，拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F，光電門記錄的時間為Δt。(1)實驗中________(選填“是”或“否”)要求鉤碼總質量m遠小于滑塊質量M。(2)測得A、B之間的距離為L，則驗證動能定理的表達式為______________(用已知物理量的符號表示)。(3)為減小實驗誤差，可采取的方法是()A．增大A、B之間的距離 B．減小鉤碼的總質量C．增大滑塊的質量 D．減小遮光條的寬度解析：(1)滑塊受到的拉力直接通過拉力傳感器測量，與小車和鉤碼質量大小關系無關，故不需要鉤碼總質量m遠小于滑塊質量M。(2)由于遮光條的寬度很小，通過光電門的時間很短，遮光條通過光電門的平均速度可以表示瞬時速度，則滑塊通過B點的瞬時速度v＝eq\f(d,Δt)，動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)Mv2＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2，拉力對滑塊做功W＝FL，所以本實驗中驗證動能定理的表達式為FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2。(3)由FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2可知，實驗誤差主要來自長度的測量和速度的測量，因此增大A、B之間的距離或減小遮光條的寬度均可減小實驗誤差。答案：(1)否(2)FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2(3)AD5．(2018·南京、鹽城高三模擬)如圖所示，某研究性學習小組為探究“物體的動能與速度關系”設計了如下實驗：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應該________(選填“近些”或“遠些”)。(2)要探究動能與速度的關系，實驗中是否一定要測量桌面的高度，________(選填“是”或“否”)。(3)在實驗過程中改變彈簧的壓縮量x，并測出與其對應的小球做平拋運動的水平位移s。實驗數(shù)據(jù)如下表所示。次數(shù)12345x(cm)1.02.03.04.05.0s(m)0.320.650.951.081.60在坐標系中根據(jù)已描出的點作出合理的圖線。(4)根據(jù)(3)中所作出的圖像，可以得出動能Ek與速度v的關系：________。請簡要說明理由______________________________________。解析：(1)為了減小摩擦力做功帶來的誤差，彈射裝置距離軌道端點O應該近些。(2)實驗中桌面的高度一定，小球離開端點O后做平拋運動的時間一定，由平拋運動的規(guī)律可知，小球做平拋運動的水平位移與小球的速度成正比，即可通過水平位移來探究動能與速度的關系，實驗中不需要測量桌面的高度。(3)作過原點的傾斜直線，讓各點均勻分布在直線兩側，如圖所示。(4)動能Ek與速度的平方v2成正比。根據(jù)機械能守恒定律eq\f(1,2)kx2＝Ek，由平拋運動公式得v2＝s2·eq\f(g,2h)。由實驗數(shù)據(jù)得x與s成正比，x2與s2成正比，則x2與v2成正比，故Ek與v2成正比。答案：(1)近些(2)否(3)見解析圖(4)Ek∝v2或者Ek＝kv2理由見解析6．(2017·北京高考)如圖1所示，用質量為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________(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他阻力，正確操作方法是________(選填選項前的字母)。A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質量在不掛重物且________(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，重物質量遠小于小車質量，可認為小車所受的拉力大小為mg。從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W＝________，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)做出如圖3所示的v2-W圖像。由此圖像可得v2隨W變化的表達式為________。根據(jù)功與能的關系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結果的單位關系，與圖線斜率有關的物理量應是________。(5)假設已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質量不滿足遠小于小車質量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2-W關系的是________。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，平衡摩擦力和其他阻力時，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)消除了摩擦力和其他阻力的影響。(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W＝Fx2＝mgx2。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的平均速度，故v＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(x3－x1,2T)。(4)根據(jù)圖線，關系式寫為v2＝kW＋b，在直線上取兩點，如(1.4×10－2,0.07)(8×10－2,0.38)，代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作圖誤差允許的范圍內，表達式可寫為v2＝4.7W。把功的單位用基本單位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，容易得出與圖線斜率有關的物理量單位為kg－1，故與圖線斜率有關的物理量應是質量。(5)若重物質量m不滿足遠小于小車質量M，則繩子對小車的拉力實際不等于重物