高考物理一轮复习课时作业25实验：探究动能定理（含解析）

实验：探究动能定理

选择题

1．(2018·衡阳二模)现提供了如图甲所示的实验器材，来探究“合外力做的功与物体速度变化的关系”的实验，由图可知：

(1)平衡摩擦力时，小车是否要挂纸带________(填“要”或“不要”)；

(2)在某次实验中，得到如图乙所示的一条纸带，在A、B、C三个计数点中应该选用________(选填“A”“B”或“C”)点的速度才符合实验要求；

(3)某同学采用如图甲所示的装置来做实验，先使小车不连接橡皮筋，发现小车在木板上加速下滑．那么，在橡皮筋弹力的作用下，合外力对小车所做的功________(选填“大于”“小于”或“等于”)橡皮筋弹力所做的功．

答案　(1)要　(2)C　(3)大于

解析　(1)小车运动时，受到木板的阻力以及纸带与打点计时器间的摩擦阻力，所以平衡摩擦力时，小车需要挂纸带．

(2)橡皮筋恢复原长后，小车做匀速直线运动，所以选用C点的速度才符合实验要求．

(3)小车不连接橡皮筋，发现小车在木板上加速下滑，可知木板倾斜．在橡皮筋弹力的作用下，合外力对小车所做的功大于橡皮筋弹力做的功．

2．(2018·江苏一模)小明所在的实验小组，为探究“拉力做功与物体动能变化的关系”，他们在实验室组装了一套如图甲所示的装置．已知小车的质量为M＝200 g，该小组的同学想用钩码的重力作为小车受到的合外力，为了实现这个想法，必须要先平衡摩擦力，并选择适当的钩码．

(1)平衡摩擦力时，下列操作正确的是________．

A．挂上钩码，放开没有纸带的小车，能够自由下滑即可

B．挂上钩码，轻推没有纸带的小车，小车能够匀速下滑即可

C．不挂钩码，放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可

D．不挂钩码，轻推拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可

(2)他们在实验室找到的钩码质量有10 g、20 g、50 g和100 g的，应选择质量为________的钩码最为合适．

(3)该实验小组打下一条纸带，将纸带上打的第一个点标为“0”，且认为打“0”时小车的速度为零，其后依次标出计数点1、2、3、4、5、6(相邻2个计数点间还有4个点未画)，量出计数点3、4、5到计数点0的距离分别为x1、x2和x3，如图乙所示．已知打点计时器的打点周期为T，小车的质量为M，钩码质量为m，重力加速度为g，则在打计数点0到4的过程中，小车的动能增量为________．

(4)通过多次试验并计算，小明发现，小车动能的增量总略小于mgx.你认为造成这样的原因可能是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

答案　(1)D　(2)10 g　(3)M()2　(4)由于钩码做加速运动，所以细绳对小车的拉力小于钩码的重力mg

解析　(1)在平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，故A、B、C三项错误，D项正确；故选D项．

(2)在实验过程中要保证小车的质量远大于钩码的质量，故钩码的质量选择10 g

(3)打4点时的瞬时速度为：v＝

故小车的动能增量为：ΔEk＝M()2.

(4)小车在钩码的拉力作用下，小车和钩码一起做匀加速运动，所以细绳对小车的拉力小于钩码的重力．

3．(2018·山东模拟)一课外实验小组设计了如图甲所示的实验装置，用来探究拉力对小车做功跟小车动能的关系．M为带滑轮的小车的质量，m为沙和沙桶的质量．(两光滑滑轮质量均不计，木板上的轻质细线与木板平行，不计空气阻力)实验时，一定要进行的操作是________．

A．用天平测出沙和沙桶的质量m

B．用天平测出带滑轮的小车的质量M

C．将长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力

D．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数

E．为减小误差，实验中一定要沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M

(2)如图为实验中打出的纸带，已知打点频率为f，选取某一个打的点为计数点0，然后每隔4个点选一个计数点，依次记为1、2、3、4、5、6，各计数点到0点的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6.实验中测出小车的质量M，力传感器显示拉力为F，从计数点1到5的过程中，外力对小车做的功为________，小车动能的变化为________．(用本问所给的字母表示)

答案　(1)BCD　(2)2F(s5－s1)　M[－]

解析　(1)A项，该实验中，探究拉力做功与M动能变化量的关系，拉力的大小用力传感器得出，不需要用沙和沙桶的重力表示，不需要满足沙和沙桶的质量m远小于小车的质量M，故A项错误，E项错误．

B项，实验中需要得出M动能的变化量，则需要测出带滑轮的小车质量，故B项正确．

C项，实验中认为绳子拉力为小车的合力，所以需要平衡摩擦力，故C项正确．

D项，小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数，故D项正确．

故选B、C、D三项．

(2)拉力传感器的示数为F，则小车所受的合力为2F，则外力做功W＝2F(s5－s1)，点1的瞬时速度v1＝＝，点5的瞬时速度v5＝＝，则小车动能的变化量ΔEk＝Mv52－Mv12＝M(－)．

4．(2018·陕西三模)某兴趣小组的实验装置如图甲所示，通过电磁铁控制的小球从A点自由下落，下落过程中经过光电门B时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录挡光时间t，测出A、B之间的距离h.实验前应调整光电门位置使小球下落过程中球心通过光电门中的激光束．

(1)用10分度游标卡尺测得小球直径如图乙所示，则小球直径为________ cm，某次小球通过光电门B时，毫秒计时器的读数为3×10－3 s，则该次小球通过光电门B时的瞬时速度大小v＝________ m/s.

(2)兴趣小组用该套装置进行“探究做功和物体速度变化关系”的实验时，调节光电门B的位置，计算出小球每次通过光电门B的速度v1、v2、v3、v4…，并测出小球在A、B间的下落高度h1、h2、h3、h4…，然后绘制了如丙图所示的h­v图像．若为了更直观地看出h和v的函数关系，他们下一步应该重新绘制________．

A．h­v2图像　　　　　　 B．h­图像

C．h­图像   D．h­图像

答案　(1)1.14　3.8　(2)A

解析　游标卡尺主尺读数为：1.1 cm，游标尺上第4个刻度与上面对齐，故读数为：4×0.1 mm＝0.4 mm＝0.04 cm，

故最终读数为：1.1 cm＋0.04 cm＝1.14 cm＝0.011 4 m；

利用小球通过光电门的平均速度代替瞬时速度，因此有：

vB＝＝ m/s＝3.8 m/s

(2)小球从A点自由下落，所以有：mgh＝mv2－0，

若为了更直观地看出h和v的函数关系，应该绘制h­v2图像．

5．(2018·河南一模)如图1是一实验小组“探究外力做功与速度变化的关系”的实验装置，将光电门固定在轨道上的B点，质量为M的小车中放置了N个相同的钩码，需要增加细绳上的拉力时，每次从小车里拿出一个钩码挂到绳子下端，让小车从位置A由静止释放，记下遮光条的挡光时间．

(1)实验开始前该小组将两个同样宽度的遮光条分别固定在小车的前端和后端，将长木板的右端垫高，不挂钩码，轻推小车使小车运动，若满足________________________，则说明已经平衡了摩擦力．

(2)将小车后端的遮光条去掉，测出A、B之间的距离x，用游标卡尺测出光电门遮光条的宽度如图2所示，则d＝________ cm；某次实验时将小车从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间Δt＝2×10－2 s，则小车经过光电门时的速度为________ m/s.

(3)依次从小车中取出钩码挂在左端细绳上，让小车从位置A由静止释放，并记下对应遮光条通过光电门的时间Δt，处理数据时，该小组作出了钩码个数n和挡光时间Δt关系如图3，通过n­关系图线，可以得出的结论是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

答案　(1)前后两个遮光条的挡光时间相等

(2)0.520　0.26

(3)重力对钩码做功与钩码和小车组成的系统动能增加量成正比

解析　(1)摩擦力平衡后，不挂钩码，轻推小车使得小车沿长木板运动，则小车将做匀速运动，两挡光条的挡光时间相等；

(2)如图可知，挡光条的宽度为d＝5 mm＋0.05×4 mm＝5.20 mm＝0.520 cm，小车通过光电门的速度为v＝＝0.26 m/s；

(3)由图可知，钩码个数n与成正比，重力对钩码做功为nmgx，系统动能增加量为(M＋nm)，由此可知：重力对钩码做功与钩码和小车组成的系统动能增加量成正比．

6．(2018·深圳模拟)某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系．

(ⅰ)小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿光滑水平桌面滑行之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；

(ⅱ)在钉子上分别套上2条、3条、4条…相同的橡皮筋，每次都将小物块拉到虚线上的同一位置，重复步骤(ⅰ)，小物块落点分别记为M2、M3、M4…；

(ⅲ)测量相关数据，进行数据处理．

(1)为求出小物块抛出时的动能，下列物理量中需要测量的是________(填写正确答案标号)．

A．小物块的质量m B．橡皮筋的原长x

C．橡皮筋的伸长量Δx D．桌面到地面的高度h

E．小物块抛出点到落地点的水平距离L

(2)将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别为W1、W2、W3、…，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、….如果功与速度的平方成正比，则在W、L的关系曲线中，应以W为纵坐标、________为横坐标作图，才能得到一条直线．

(3)若求出n次实验中小物块每次抛出时的速度v1、v2、v3…作出W­v图像，则下列图像符合实际的是________．

(4)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)．

答案　(1)ADE　(2)L2　(3)D　(4)系统误差

解析　(1)小球离开桌面后做平抛运动，根据桌面到地面的高度h＝gt2，可计算出平抛运动的时间，再根据小物块抛出点到落地点的水平距离L＝v0t，可计算出小球离开桌面时的速度，根据动能的表达式Ek＝mv2，还需要知道小球的质量．

故A、D、E三项正确，B、C两项错误．

(2)根据h＝gt2，和L＝v0t，可得v02＝＝＝L2，因为功与速度的平方成正比，所以功与L2成正比，故应以W为纵坐标、L2为横坐标作图，才能得到一条直线．

(3)根据W＝Ek＝mv2，可知，W与v的平方成正比，所以W­v图像应该是抛物线方程，所以D项正确；

(4)一般来说，从多次测量揭示出的实验误差称为偶然误差，不能从多次测量揭示出的实验误差称为系统误差．由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差．

7.(2018·山东省模拟)某实验小组只利用刻度尺测出小滑块与桌面的动摩擦因数μ，装置设计如图．倾斜的木板通过一小段弧形轨道与桌面连接，从木板上某一位置释放小滑块，小滑块从木板上滑下后沿桌面滑行，最终垂直桌面边缘水平抛出．测出木板底部离桌面边缘的距离L，桌面离地高度H，小滑块的落地点到桌子边缘的水平距离x.改变倾斜的木板离桌子边缘的距离(不改变木板的倾斜程度)，并保证每次从木板的同一位置释放小滑块．重复以上步骤进行多次测量并记录实验数据．

(1)保证每次从木板的同一位置释放小滑块的目的是

________________________________________________________________________.

(2)利用图像法处理数据．若以L为纵轴，则应以________为横轴，拟合直线．(在“x、、x2、”中选择填写)

(3)若图像横轴和纵轴上的截距分别为a和b，则求得μ＝________．

答案　(1)保证每次滑到斜面底端具有相同的速度

(2)x2　(3)

解析　(1)保证每次滑到斜面底端具有相同的速度

(2)测出木板底部离桌子边缘的距离L，桌子边缘离地的高度H，小铁块的落地点到桌子边缘的水平距离x，再设小铁块静止释放高度为h，

根据平抛运动规律，则有：H＝gt2，且v＝

那么v＝x

依据动能定理，则有：μmgL＝mgh－mv2；

即L＝－x2＋，

若以L为纵轴，则应以x2为横轴拟合倾斜直线；

(4)若图像横轴和纵轴上的截距分别为a和b，则有：＝

解得μ＝.