《金版教程》2017届高考·人教新课标物理一轮文档：5实验5探究动能定理

《金版新学案》高三物理一轮物理课下作业第5章第四讲实验五：探究动能定理新人教版必修21．关于“探究动能定理”的实验中，下列叙述正确的是( )A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C．放小车的长木板应该尽量使其水平D．先接通打点计时器电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，A错；每次实验橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B错；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确．答案： D2．在“探究动能定理”的实验中，某同学是用下面的方法和器材进行实验的：放在长木板上的小车，由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动，小车拉动固定在它上面的纸带，纸带穿过打点计时器．关于这一实验，下列说法中正确的是( ) A．长木板要适当倾斜，以平衡小车运动中受到的阻力B．重复实验时，虽然用到橡皮筋的条数不同，但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同C．利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最密集的部分进行计算D．利用纸带上的点计算小车的速度时，应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算解析：在本题的实验中，由于小车在运动中受到阻力(摩擦力和纸带的阻力)，所以要使长木板适当倾斜，以平衡小车运动过程中受到的阻力，重复实验时，为了使橡皮筋对小车所做的功与它的条数成正比，所以用到橡皮筋的条数虽然不同，但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同，利用纸带上的点计算小车的速度时，由于要计算的是小车脱离橡皮筋后匀速运动的速度，所以应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算，故A、B、D选项是正确的．答案：ABD3．探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如下图所示，实验主要过程如下：(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…(2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3…(3)作出W－v草图；(4)分析W－v图象．如果W－v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝v等关系．以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是________．A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W…B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算解析：由于选用同样的橡皮筋，并且每次实验中橡皮筋拉伸的长度相同，因此每条橡皮筋对小车做的功都相同，故A正确；小车在运动中受到的阻力，采取平衡摩擦力的方法补偿，让木板固定在有打点计时器的一端适当抬高，使重力的下滑分力与摩擦力平衡，故B 正确；纸带上的点两端密、中间疏，说明小车先在橡皮筋拉力作用下加速，后在阻力作用下减速，故C正确；由于橡皮筋松弛后，小车做匀速运动，此时的速度是橡皮筋对小车做功后的最大速度，故求速度应用匀速的那一段的数据，而不应该使用从第一点到最后一点的数据来计算，故D项错，A、B、C正确．答案： D4．在用下图所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是____________(填字母代号)．A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度G．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度解析：当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，沿长木板方向重力的分力等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，A项正确；由实验原理可知，B、C正确，D错误；使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车，E错误；橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加，此动能应为小车获得的最大动能，所以用打点计时器打下的纸带来测定的是小车的最大速度，F正确，G错误．答案：ABCF5．某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如下图，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……，完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致．每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和________电源(填“交流”或“直流”)；(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是( )A．放开小车，能够自由下滑即可B．放开小车，能够匀速下滑即可C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是( )A．橡皮筋处于原长状态B．橡皮筋仍处于伸长状态C．小车在两个铁钉的连线处D．小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作情况下，打在纸带上的点，并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量(根据下面所示的纸带回答)；解析：(3)因为木板水平放置，故摩擦力没有被平衡掉，当小车速度最大时，F弹＝F f，故橡皮筋仍有弹力，处于伸长状态．(4)求速度应按纸带的匀速运动时所打点的部分来求．答案：(1)交流(2)D (3)B (4)GK6.物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了探究重力做功和物体动能变化的定量关系，我们提供了如右图所示的实验装置．(1)某同学根据所学的知识结合右图设计了一个本实验情境的命题：如下图所示，测量质量为m的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门处发生的①________，通过光电门时的②________，探究重力做的功③________与小球动能变化量④________的定量关系．请在①②空格处填写物理量的名称和对应符号，在③④空格处填写数学表达式．(2)某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数据：(取g ＝10 m/s 2)①用天平测出小球的质量为0.50 kg ；②用游标卡尺测出小球的直径为10.00 mm.③用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80 cm ；④电磁铁先通电，让小球吸在开始端；⑤电磁铁断电时，小球自由下落；⑥在小球经过光电门时，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50×10－3 s ，由此可算出小球经过光电门时的速度为________m/s ；⑦计算得出重力做的功为________ J ，小球动能变化量为________ J ．(结果保留三位有效数字)(3)试根据(2)对本实验得出结论：________________________________________________________________________.解析： (1)首先明确实验原理：重力做的功等于物体增加的动能．所以测量小球下落的位移x 和下落位移x 时所对应的瞬时速度v ，比较重力做的功W ＝mgx 和动能的增加量ΔE k ＝12mv 2的关系即可验证命题的正确性． (2)小球经过光电门的速度可以用小球通过光电门这段很短时间内的平均速度来表示，v ＝d t ＝10.00×10－32.50×10－3 m/s ＝4.00 m/s ；W ＝mgx ＝4.04 J ，ΔE k ＝12mv 2＝4.00 J. 答案： (1)位移x 瞬时速度v mgx 12mv 2 (2)4.00 4．04 4.00 (3)在误差允许范围内，重力做的功与物体动能的变化量相等。

实验5 探究动能定理一、实验目的探究外力对物体做功与物体动能变化(或速度变化)的关系，通过实验数据分析，总结出做功与物体速度二次方的正比关系．二、实验器材小车(前面带小钩)、100～200 g的砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、________________及纸带、低压交流电源及导线(使用电火花计时器时用220 V交流电源)、5～6条相同的________________、毫米刻度尺．考点一实验原理与数据处理考向一变力功探究探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图S5­1所示．实验过程中有平衡摩擦力的步骤，并且设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大，即分别为W0、2W0、3W0、4W0……图S5­1(1)实验中首先通过调整木板倾斜程度以平衡摩擦力，目的是________(填写字母代号)．A．为了释放小车后小车能做匀加速运动B．为了增大橡皮筋对小车的弹力C．为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D．为了使小车获得较大的动能(2)图S5­2是在正确操作情况下打出的一条纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一部分，已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度v m＝____________m/s(保留3位有效数字)．图S5­2(3)几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车获得最大速度v m 的数据，并利用数据绘出了图S5­3给出的四个图像，你认为其中正确的是________．图S5­3如图S5­4所示是某研究性学习小组的同学做“探究橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条、…、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图S5­5为某次实验中打出的纸带．图S5­4图S5­5(1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有________．(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是________________． (3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的________________部分进行测量．(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表．从理论上讲，橡皮筋做的功n 与物体获得的速度n 之间的关系是n ∝________，请你运用表中的数据在如图S5­6所示的坐标系中作出相应的图像，以验证理论的正确性．图S5­6■ 注意事项1．本实验中对小车做的功应该为合力做的功，实验中采用将木板倾斜的方法，使重力对小车做的功抵消摩擦力对小车做的功，则橡皮筋对小车的拉力做的功即合力对小车做的功．2．小车的速度是橡皮筋做功结束时的速度，小车先加速后匀速，根据打点纸带可求解小车匀速运动的速度．3．以一条橡皮筋拉动小车做的功为做功单位，作出橡皮筋对小车做的功W 随小车获得的速度v 变化的图像(W ­v 图像、W ­v 2图像、W ­v 3图像)，分析图像探究橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度v 之间的关系．考向二恒力功探究] 某同学为探究合外力做功与物体动能改变的关系，设计了如下实验，操作步骤为：①按图S5­7甲摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20 kg，钩码总质量m＝0.05 kg.②先接通打点计时器的电源(电源频率为f＝50 Hz)，然后释放小车，打出一条纸带．图S5­7(1)他在多次重复实验得到的纸带中选取出自认为满意的一条，如图乙所示，把打下的第一个点记作0，选取点迹清晰的三个相邻计数点标记为1、2、3(相邻计数点间还有4个点未画出)，用刻度尺测得计数点1、2、3到0点的距离分别为d1＝25.6 cm，d2＝36.0 cm，d3＝48.0 cm.他把钩码重力作为小车所受合外力(g取9.8 m/s2)，算出打下0点到打下点2过程中合力做功W＝______J，把打下点2时小车的动能作为小车动能的改变量，计算结果为______J．(结果保留三位有效数字)(2)根据此次实验探究的结果，他并没能得到“合外力对物体做的功等于物体动能的增量”的结论，且误差较大．你认为产生这种情况的原因可能是________________________________________________________________________．(写出一条即可)[2015·河北石家庄质量检测] 某实验小组用如图S5­8甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功．实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动．图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图乙所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.图S5­8(1)可以判断纸带的________(填“左端”或“右端”)与木块连接．根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度v A、v B，其中v A＝________m/s.(结果保留两位有效数字)(2)要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功W AB，还应测量的物理量是________．A．木板的长度l B．木块的质量m1C．木板的质量m2 D．重物的质量m3E．木块运动的时间t F．AB段的距离x AB。

第三单元实验与探究第5课实验：探究动能定理1．(双选)某同学想利用自由落体运动研究“功与物体动能变化的关系”，实验中下列四组物理量中需要通过测量或计算得出的物理量有()A．重物的质量B．重力加速度C．重物下落的高度D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度解析：重物受力不变，可以利用下降高度关系表示功，所以必须测量下落高度，再利用纸带计算对应各点的瞬时速度，重力加速度是直接给出的，故C、D两项正确，A、B两项错误．答案：CD2．(2013·福建理综)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲)：(1)下列说法哪一项是正确的________．(填选项前字母)A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，则打B 点时小车的瞬时速度大小为________m/s.(保留3位有效数字)解析：(1)平衡摩擦力时应将细线与小车断开，A 项错误，为使拉力与钩码重力近似相等，小车的质量应远大于钩码的质量，B 项错误．实验时要充分利用纸带，故应使小车靠近打点计时器，C 项正确．(2)交流电频率为50 Hz ，则周期T ＝1f ＝0.02 s ．由运动学公式知，B 点瞬时速度大小为AC 中间时刻的速度大小，即v B ＝x AC 2t＝18.59－5.532×5×0.02m/s ＝0.653 m/s. 答案：(1)C (2)0.6533．如图所示，是某学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W . 当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放. 小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有_________；(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是______________________________________________；(3)为了测量小车获得的最大速度，应选用纸带上点距______的部分进行测量和计算；(4)某同学根据实验测得的数据，作出如图所示的v n2－Wn 图象，由图象可得出物体速度v n变化跟橡皮筋做的功Wn的关系是___________．答案(1)刻度尺(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力(3)均匀(4)v n2∝W n(1)刻度尺(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力(3)均匀(4)v n2∝W n4．某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，释放小桶，滑块处于静止状态．若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：(1)你认为还需要的实验器材有________________________.(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，实验时首先要做好__________；并保证沙和沙桶的总质量应___________________________．(3)在(2)的基础上，某同学用天平称量滑块的质量M .往沙桶中装入适量的细沙，用天平称出此时沙和沙桶的总质量m .让沙桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L 和这两点的速度大小v 1与v 2(v 1< v 2)．则本实验最终要验证的数学表达式为________________(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)．答案：(1)天平，刻度尺(2)平衡摩擦力 远小于滑块的质量(3)mgL ＝12M v 22－12M v 125．(2013·赣州联考)某同学在实验室用如图甲所示的装置研究有关做功的问题．(1)如图甲所示，小车的质量为M ，沙和沙桶的总质量为m ，在保持M ≫m 条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力，在控制小车的质量不变的情况下进行实验．在实验中，该同学先接通打点计时器的电，再放开纸带，已知交流电的频率为50 Hz.图乙是在m ＝100 g ，M ＝1 kg 情况下打出的一条纸带：O 为起点，A 、B 、C 为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，有关数据如图乙所示，则打B 点时小车的动能为______J ，从开始运动到打B 点时，绳的拉力对小车做功W ＝________J ．(保留2位有效数字，g ＝9.8 m/s 2)甲乙(2)在(1)中绳的拉力对小车做功W大于小车获得的动能E k，请你举出导致这一结果的主要原因_________________________________.(写出一种即可)解析：(1)v B＝s AC2T＝0.998 m/s，小车在B点的动能E k B＝12M v2B＝0.498 J≈0.50 J，拉力对小车做功W＝Fs OB＝mgs OB＝0.505 J≈0.51 J.(2)拉力对小车做功W大于小车获得的动能E k的原因，可能是实验过程没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时长木板倾角过小，或运动过程受到的空气阻力及纸带受到打点计时器的摩擦力过大，或沙与沙桶的重力大于绳的拉力，或打点计时器所用电频率不稳定．答案：(1)0.500.51(2)摩擦力没有完全平衡或沙与沙桶的重力大于绳的拉力(写一种即可)6．在探究“恒力做功和物体动能变化之间的关系”的实验中，某同学的实验设计方案如图所示．则：(1)该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在安装时首先要__________________________，其次钩码和小车还需要满足的条件是________________．(2)实验中，除位移、速度外，还要测出的物理量有______________________________________．(3)在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.某同学打出的一段纸带如图所示，则小车匀速运动时的速度大小为________m/s.(计算结果保留三位有效数字)解析：(1)本实验在安装仪器时首先要平衡摩擦力，其次要减小实验误差，由牛顿第二定律可知mg＝(M＋m)a，即a＝mgM＋m，只有当M≫m时，a≈mg M.(2)由(1)可以看出实验中还需要测量的物理量为钩码的重力和小车的总质量．(3)由纸带上对应点可以读出小车匀速运动时v＝sT＝28 mm0.02 s＝1.40 m/s.答案：(1)平衡小车与木板之间的摩擦力钩码的重力远小于小车的总重力(2)钩码的重力和小车的总质量(3)1.40。