统考版高考物理一轮复习第五章机械能实验五探究动能定理含答案

这是一份统考版高考物理一轮复习第五章机械能实验五探究动能定理含答案，共9页。试卷主要包含了基本原理与操作，数据处理等内容，欢迎下载使用。

一、基本原理与操作
二、数据处理
1．选点测速
如图，选取纸带上点迹均匀的部分，根据v＝x2T测算出橡皮筋的弹力做功结束时小车的速度，与对应条数橡皮筋做的功记录在设计的表格中，并计算出v2、v3等的值．
2．分析数据，得出结论
根据数据分别作W ­ v、W ­ v2、W ­ v3等图象．其中W ­ v2图象如下：
实验结论：W ­ v2图象为一条过原点的直线，可判断W∝v2.,●注意事项
1．平衡摩擦力时，将木板一端垫高，使小车重力沿木板向下的分力与摩擦力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，从而找到木板一个合适的倾角．
2．测小车的速度时，应选纸带上的点均匀分布的部分．
3．橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．
4．小车的质量应大一些，使纸带上打的点多一些．
●误差分析
1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．
2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．
3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差．
考点一 教材原型实验
例1. 某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，下图中小车是在1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、________(填测量工具)和________(选填“交流”或“直流”)电源．
(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)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，应选用下图中纸带的________部分进行测量．
跟进训练1.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1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…
(1)实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力，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2是在正确操作情况下打出的一条纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一部分，已知相邻两打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度vm＝__________ m/s(保留3位有效数字)．
(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与小车获得的最大速度vm的数据，并利用数据绘出了下列给出的四个图象，你认为其中正确的是__________．
考点二 拓展创新实验
例2. 某实验小组利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统探究“合力做功与小车动能变化的关系”．实验时将小车拉到水平轨道的O位置由静止释放，在小车从O位置运动到A位置过程中，经计算机处理得到了弹簧弹力与小车位移的关系图线如图(b)所示，还得到了小车在A位置的速度大小vA；另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器)的总质量m.
回答下列问题：
(1)由图(b)可知：图(a)中A位置到力传感器的距离________(填“小于”“等于”或“大于”)弹簧原长；
(2)在小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W＝______________，小车的动能改变量ΔEk＝______________；(表达式用题中已知物理量的符号表示)
(3)甲同学在分析实验数据后，还补充了如下实验：将弹簧从小车上卸下，给小车一初速度，让小车从轨道右端向左端运动，利用位移传感器和计算机得到小车的速度随时间变化的图线如图(c)所示，则他要探究关系式________________________是否成立；(关系式用题中已知物理量的符号表示)
(4)乙同学反思整个实验过程提出了自己的方案：在实验开始时，小车不连接弹簧，将图(a)中轨道________(填“左”或“右”)端垫高至合适位置，让小车在轨道上获得一初速度开始运动，若计算机监测到的小车位移—时间图线是________，即表明轨道倾角调整到位，再实施题中所述实验步骤，而无需做甲同学补充的实验．
跟进训练
2.[2020·全国卷Ⅲ，22]某同学利用图(a)所示装置验证动能定理．调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带．某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示．
已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图(b)给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB＝____________ m/s，打出P点时小车的速度大小vP＝____________ m/s.(结果均保留2位小数)
若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为__________________．
3．某实验小组用图甲所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系．铁架台竖直固定放置在水平桌面上，将长木板倾斜放置，一端P固定在水平桌面边缘处，另一端放置在铁架台的铁杆上，忽略长木板厚度，P处放置一光电门计时器．实验步骤如下：
①用游标卡尺测出滑块的挡光片宽度l，用天平测出含挡光片的滑块的质量m；
②以长木板放置在水平桌面上的一端为轴，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿长木板向下做匀速运动．在铁架台竖直杆上记下此位置Q1，用刻度尺测出Q1到水平桌面的高度H；
③保持长木板P端与桌面接触位置不变，长木板另一端放置在铁架台竖直杆Q2位置处．用刻度尺量出Q1、Q2的距离h1，将滑块从Q2位置由静止释放，由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1；
④保持长木板P端与桌面接触位置不变，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置，重复步骤③数次．
(1)滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中，用测量的物理量表示下列物理量(已知重力加速度为g)：滑块动能的变化量ΔEk＝________，滑块克服摩擦力做的功WFf＝________，合力对滑块做的功W合＝________．
(2)某学生以长木板在铁架台竖直杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标，以滑块通过光电门的挡光时间的平方的倒数1t2为纵坐标，根据测量数据画出如图乙所示图线，若图线过原点，且图线斜率k＝________，则能证明合外力做的功等于滑块动能增量．
实验五 探究动能定理
关键能力·分层突破
例1 解析：(1)为测量小车获得的速度，必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离；打点计时器必须使用交流电源．
(2)平衡摩擦力时，也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力．根据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力．
(3)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量，此时小车的速度最大，即GK部分．
答案：(1)刻度尺 交流 (2)D (3)GK
1．解析：(1)实验目的是探究合外力做功与物体速度的关系，平衡摩擦力后，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功．
(2)由图可知，小车先做加速度变化的加速运动，后做匀速运动．当小车做匀速运动时，小车获得的速度最大，即vm＝2.44×10−20.02 m/s＝1.22 m/s.
(3)由W∝vm2，知D正确．
答案：(1)C (2)1.22 (3)D
例2 解析：(1)O到A弹簧被拉长，则距离大于弹簧长度；
(2)变力F做功为F­s图象围成面积
W＝12(FA＋F0)sA，
小车动能的改变量为：ΔEk＝12mvA2.
(3)克服摩擦力做功Wf＝mv0tmsA，由动能定理12(F0＋FA)sA－mv0tmsA＝12mvA2.
(4)平衡摩擦力，右端垫高，匀速运动：x ­ t图象为直线．
答案：(1)大于 (2)12(F0＋FA)sA 12mvA2
(3)12(F0＋FA)sA－mv0tmsA＝12mvA2 (4)右 直线
2．解析：打下B点的时刻为打下与B点相邻左、右两点的中间时刻，则打下B点时小车的速度应为这两点间小车的平均速度，即vB＝4.00−×10－2 m/s＝0.36 m/s；同理打下P点时小车的速度为vP＝57.86−×10－2 m/s＝1.80 m/s.在验证动能定理时，如果选取B到P的过程，则由mgxBP＝12M+JPmvP2−12M＋mvB2可知，要验证动能定理还需要求得B、P两点间的距离．
答案：0.36 1.80 B、P之间的距离
3．解析：(1)由于挡光片宽度很小，可近似认为滑块通过光电门的速度v＝lt1，滑块(含挡光片)动能的变化量ΔEk＝12mv2－0＝ml22t12 .滑块从Q1释放匀速下滑时，设长木板的倾角为θ，Q1P长度为L，P到铁架台竖直杆的距离为x，由动能定理有mgH－μmgL cs θ＝0，且L cs θ＝x，得μmgx＝mgH；滑块从Q2释放时，设长木板的倾角为α，Q2P长度为L′，则滑块克服摩擦力做的功为WFf＝μmgL′cs α，且L′cs α＝x，故WFf＝mgH.合力做的功W合＝mg(H＋h1)－WFf＝mgh1.
(2)由动能定理有W合＝ΔEk，即mgh＝ml22t2，整理得1t2＝2gl2h，故图线斜率k＝2gl2.
答案：1ml22t12 mgH mgh1 (2)2gl2必备知识·自主排查
原理装置图
操作要领
思路：
1．拉伸的橡皮筋对小车做功
(1)用1条橡皮筋拉小车——做功W
(2)用2条橡皮筋拉小车——做功2W
(3)用3条橡皮筋拉小车——做功3W
2．测出每次做功后小车获得的速度v
(1)平衡：垫高木板的一端，平衡摩擦力
(2)做功
①用一条橡皮筋拉小车——做功W
②用两条橡皮筋拉小车——做功2W
③用三条橡皮筋拉小车——做功3W
(3)小车：靠近打点计时器且接通电源再释放小车；每次小车须由同一位置由静止弹出
(4)测速：测出每次做功后小车获得的速度
关键能力·分层突破