高中物理高考 专题（24）实验五 探究动能定理（原卷版）

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专题（24）实验五 探究动能定理（原卷版）

考点一  　

1、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_____(选填“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。 

2、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（保留三位有效数字）．

【提 分 笔 记】

(1)为使橡皮筋的拉力所做的功为合外力对小车所做的功，必须平衡小车的摩擦力．

(2)利用小车拖着纸带，小车匀速运动则摩擦力才算被平衡，此操作一是可通过纸带观察小车是否匀速，二是可同时平衡纸带运动所受的阻力．

3、　某同学用如图所示的实验装置探究小车动能变化与合力对它所做功的关系．图中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，C为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦．实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点．该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为0点，顺次选取5个点，分别测量这5个点到0之间的距离，并计算出它们与0点之间的速度平方差Δv2(Δv2＝v2－v)，填入下表：

(1)请以Δv2为纵坐标、x为横坐标在坐标图中作出Δv2­x图象．若测出小车质量为0.2 kg，结合图象可求得小车所受合力的大小为________N.

(2)若该同学通过计算发现小车所受合力小于弹簧测力计读数，明显超出实验误差的正常范围．你认为主要原因是________________，实验操作中改进的措施是_______________________________________________．

【提 分 笔 记】

处理实验数据的方法有平均值法、列表法和图象法，本题主要用了后两种方法处理实验数据．列表法的优点是将数据列成表格，可以简明地表示出有关物理量之间的关系，便于检查测量结果和运算是否合理，有助于发现和分析问题，而且列表法还是图象法的基础．图象法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系，并便于找出其中的规律，确定对应量的函数关系.

考点二  　

本实验可从下列两个方面改进创新

1．实验器材的改进：用拉力传感器测量拉力，用速度传感器测量速度．

2．实验方案的创新

(1)利用自由落体运动探究功和动能的关系．

(2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探究动能定理．

(3)让小球从斜面上某高处滚下，然后做平抛运动等．

4、（2020·新课标Ⅲ卷）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_________。

【提 分 笔 记】

信息含义

(1)气垫导轨——不需要平衡摩擦力；

(2)光电门——根据计算速度；

(3)力传感器——直接读出拉力．

5、图甲是小明探究橡皮筋弹力做的功W与小车动能变化ΔEk间的关系的装置图，长木板放在水平桌面上，橡皮筋的两端分别与小车和挡板相连。实验中，通过增加橡皮筋的条数来改变弹力所做的功。

(1)下列实验操作正确的是_____。 

A.实验时，应先释放小车，然后接通电源

B.增加橡皮筋条数时，应选取相同的橡皮筋

C.每次应将小车拉到相同的位置由静止释放

D.实验前应平衡小车在木板上所受的摩擦力

(2)图乙是实验中某条纸带的一部分，相邻计数点间时间间隔T=0.1 s。为探究橡皮筋弹力做的功W与小车动能变化ΔEk间的关系，小明用v==

m/s来计算小车的速度。他的算法是否正确？_____(选填“正确”或“不正确”)，理由是　 _______________________________________________。 

(3)图丙是根据实验数据所画出的W-ΔEk图象，根据此图象能否验证动能定理？_____(选填“能”或“不能”)，理由是　____________________________。 

6、为了探究动能变化与合外力做功的关系，某同学设计了如下实验方案：

第一步：把长木板附有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹子的重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示．

第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示．打出的纸带如图丙所示．

请回答下列问题：

(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为Δt，O点为打点计时器打下的第一点，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B点时滑块运动的速度vB＝________.

(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块________(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W合＝________.

(3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系，描点作出v2­W图象，可知该图象是一条________，根据图象还可求得________．

7、如图所示，某研究性学习小组为探究“物体的动能与速度的关系”设计了如下实验：平直轨道B固定在水平桌面上．弹射装置A固定于轨道上，小球被劲度系数较大的压缩弹簧弹出后从轨道端点O滑出做平抛运动落到地面．已知弹簧的弹性势能的表达式为Ep＝kx2，式中的k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量．

(1)为减少实验误差，弹射装置距离轨道端点O应该________(填“近些”或“远些”)．

(2)要探究动能与速度的关系，实验中是否一定要测量桌面的高度？________(填“是”或“否”)．

(3)在实验过程中改变弹簧的压缩量x，并测出与其对应的小球做平抛运动的水平位移s.实验数据如表所示.

在坐标纸中根据已描出的点作出合理的图线．

(4)根据(3)中所作出的图象，可以得出动能Ek与速度v的关系：____________________.请简要说明理由________________________________________________________________．

8、为验证“动能定理”，即：合外力对物体做的功等于物体动能的变化，实验装置如图甲，木板倾斜构成斜面，斜面B处装有图乙所示的光电门。

(1)如图丙，用10分度的游标卡尺测得挡光条的宽度d=_________cm。 

(2)装有挡光条的物块由A处静止释放后沿斜面加速下滑，读出挡光条通过光电门的挡光时间t，则物块通过B处时的速度为_________(用字母d，t表示)。 

(3)测得A、B两处的高度差为H，水平距离L；已知物块与斜面的动摩擦因数为μ，为了完成实验，还必须知道的物理量是___________。 

(4)如果实验结论得到验证，则以上各物理量之间的关系满足：H=___________(用字母表示)。 

9、某兴趣小组在做探究做功和物体速度变化关系的实验前，提出以下几种猜想：①W∝v，②W∝v2，③W∝，他们的实验装置如图所示，PQ为一倾斜放置的薄木板，实验开始前，他们共同探究如何测量出小车通过斜面底端Q点的速度．有位同学认为可以通过实验改进，不需要测出小车通过Q点的速度，也能完成实验．他的方案是：

①将另一长木板放置在水平桌面．

②在薄木板上标出等距离的位置点如1、2、3、4，然后将薄木板倾斜放置，使薄木板与长木板良好接触且固定两板．

③将小车从薄木板上离长木板最近的位置1释放，记下小车在长木板上停止的位置x1.

④将小车从薄木板上的2、3、4位置释放，记下小车在长木板上停止的位置x2、x3、x4.

⑤用刻度尺测量出各位置点到斜面底部的距离．

请思考该同学的探究思路并回答下列问题：

(1)小车从斜面某一位置静止下滑，通过改变__________________来控制合力所做的功成倍增加；将小车滑到斜面底部的速度的测量转化为______________________的测量．

(2)下列对本实验的说法正确的是________．(填选项前的字母)

A．由于薄木板不光滑对实验结果影响较大

B．薄木板倾斜的角度要大些

C．薄木板倾斜的角度要适当小些

(3)下表是实验测得的数据：

①最开始小车到达的位置如图所示，请将测量的读数填入表格空白处．

②以合力对小车所做的功为纵坐标，小车在长木板上滑行的距离为横坐标，根据测量的数据描点画出的直线斜率是______________________．(填表示的物理量，不填具体的数据)

③根据表格实验数据可以得出合力对小车做的功与小车获得的速度关系为__________________________________________________________．

10、如图所示，气垫导轨上质量为M的滑块通过轻质细绳绕过轻质动滑轮与拉力传感器相连，动滑轮下悬挂质量为m的钩码，滑块上遮光条宽度为d。实验时，滑块由静止释放，测得遮光条通过光电门的时间为Δt，拉力传感器的读数为F。             

(1)用游标卡尺测量遮光条宽度，其读数为_______ cm。 

(2)某同学在“探究绳子拉力对滑块做功与滑块动能变化的关系”实验时，记录滑块的初位置与光电门的距离L及挡光条通过光电门的时间Δt，测得多组L和Δt值。应用图象法处理数据时，为了获得线性图象应作_______象(选填“L-”“L-”或“L-(Δt)2”)，该图象的斜率k=_________。 

(3)该同学通过实验发现：绳子拉力F做的功总大于滑块动能的变化量。若实验数据测量准确，出现该情况的可能原因是_________。 

A.钩码质量m未远小于滑块质量M

B.滑块运动过程中克服阻力做功

C.气垫导轨没有调节水平

D.没有考虑动滑轮的质量