高中物理微专题-实验六 探究动能定理对点训练

这是一份高中物理微专题-实验六 探究动能定理对点训练，共17页。试卷主要包含了航天员可以在空间站进行科学实验，某同学利用图所示等内容，欢迎下载使用。
基础巩固
1．“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图甲．当小车在1条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条……完全相同的橡皮筋进行第2次第3次……实验时，由于每次实验中橡皮筋的拉伸长度相同，因此第2次第3次……实验中橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W……．每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带求出．
(1)关于该实验，下列说法正确的是 和 ．(填选项序号字母)
A.打点计时器可以用干电池供电
B.必须平衡摩擦力
C.每次实验，小车必须从同一位置由静止弹出
D.可以选用规格不相同的橡皮筋
(2)图乙为某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB=1.60cm，BC=1.62cm，CD=1.64cm，DE=1.64cm；已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度vm= m/s．(结果保留两位有效数字)
2．某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系。小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，打点计时器工作频率为50Hz。
(1)为了消除小车运动过程中所受摩擦力的影响，调整时应将木板 (选填“左”或“右”)端适当垫高以平衡摩擦力；
(2)实验中，某同学打出的一段纸带如图乙所示，相邻两计时点间距离依次为＝3.50cm、＝3.80cm、＝＝＝＝＝4.00cm，则匀速运动的速度v＝ m/s；
(3)根据多次测量的数据，画出橡皮筋对小车做功W与小车匀速运动的速度v的关系如图丙所示，根据图线形状猜想，W与v的关系可能为 ；
A．W∝ B．W∝v－1
C．W∝v2 D．W∝v3
(4)改变橡皮筋的根数，若实验中的所有操作和数据处理均无错误，则绘出的图线(图中Δv2＝v2－0，将一根橡皮筋对小车做的功记为1)应为过原点的一条直线，但根据实验结果得到的图线如图所示，造成这一偏差的原因是 。
模拟训练
（2020·河南省洛阳市三模）
3．在“探究功与速度变化的关系”实验中。采用如图甲所示装置，水平正方形桌面距离地面高度为，将橡皮筋的两端固定在桌子边缘上的两点，将小球置于橡皮筋的中点，向左移动距离s，使橡皮筋产生形变，由静止释放后，小球飞离桌面，测得其平抛的水平射程为L。改变橡皮筋的条数，重复实验：
(1)实验中，小球每次释放的位置到桌子边缘的距离s应 （填“不同”、“相同”或“随意”）。
(2)取橡皮筋对小球做功W为纵坐标，为了在坐标系中描点得到一条直线，如图乙所示。应以 为横坐标（填“”或“”）。若直线与纵轴的截距为b，斜率为k，可求得小球与桌面间的动摩擦因数为 （用题中所给物理最的符号表示）。
（2020·天津市滨海七所重点学校联考）
4．某同学利用图示实验装置探究做功与滑块动能变化的关系，重力加速度大小为g。
①用游标卡尺测量遮光条的宽度d=2.14 mm，则所用的是 分度的游标卡尺（填“10”、“20”或“50”）。
②下列实验操作必要的是
A．调整轨道成水平
B．调整轨道的倾角以平衡摩擦力
C．必须满足钩码的质量远小于滑块与遮光条的总质量
③按正确操作进行实验，用天平测得滑块与遮光条的总质量为M，钩码的质量为m；滑块由静止释放，由数字计时器读出遮光条挡光时间Δt；从刻度尺上读出滑块释放时遮光条到光电门的距离x，则合力做的功与滑块动能变化的关系式是 。
（2021·吉林模拟）
5．晓宇同学利用如图甲所示的装置验证“动能定理”，并完成了如下的操作∶①按如图所示的装置组装实验器材，调整滑轮的高度使细线与长木板平行﹔
②将长木板的左端适当垫高，纸带穿过打点计时器，取下砂桶，开启电源释放滑块，直到在纸带上打下一系列均匀的点为止；
③挂上砂桶，并在砂桶中放入适量的沙子，用天平测出砂桶和沙的总质量为m ，然后将装置由静止释放，重复操作，从其中选择一条比较清晰的纸带，如图乙所示。
已知纸带中相邻两计数点间还有4个计时点未画出，计数点1、2、3到计时起点O之间的距离如图乙所示，计时器的打点频率为f，重力加速度为g。
（1）若砂桶和桶中沙的总质量远小于滑块的质量，则打下计数点2的瞬间，滑块的速度大小v2= ；在从0~2的过程中，细线对滑块做的功为W= （用题中所给的物理量符号表示）；
（2）如果根据得出的实验数据，描绘出了 图像，如图丙所示，由图像可知，与W的关系式应为 （用题中所给的物理量符号表示），滑块的质量应为 kg ；
（3）晓宇同学在操作时向砂桶中放入的沙子过多，导致滑块的质量未满足远大于砂桶和沙的质量，则的函数图像应为
A. B. C. D.
（2021·重庆育才中学模拟）
6．航天员可以在空间站进行科学实验。为测量空间站中一小球质量，航天员设计了如图甲所示的实验装置。在平面上A处固定一挡板，一轻质弹簧一端与挡板相连，B处装有光电门。
（1）用游标卡尺测量小球的直径，如图乙所示，小球的直径为 cm。
（2）将小球与弹簧接触并压缩弹簧，记录弹簧的压缩量，求得弹簧的弹性势能为0.042J。由静止释放小球，小球到达B处前，弹簧已恢复原长，测得小球通过光电门的挡光时间为7.75ms，则小球的质量为 kg。
（3）若水平面粗糙，对小球质量的测量 （选填“有”或“无”）影响。
（2021·湖南长郡中学模拟）
7．某实验小组用如图所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系。铁架台固定在水平桌面上，将足够长的薄长木板倾斜放置，一端固定在水平桌面边缘P处，另一端放置在铁架台的铁杆上，忽略铁杆粗细，P处放置一光电门（未画出）。实验步骤如下：
①用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度，用天平测出滑块的质量m；
②平衡摩擦力：以P处为长木板的转动中心，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿木板向下做匀速运动。在铁架台竖直杆上记下此位置，用刻度尺测出到水平桌面的高度H；
③长木板一端保持在P处，另一端放置在铁架台竖直杆位置，用刻度尺量出、的距离，将滑块从木板上的位置由静止释放，记录挡光片的挡光时间；
④保持长木板一端在P处，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。
Ⅰ.滑块沿长木板由运动到P的过程中，用测量的物理量回答下列问题（已知重力加速度为g）。
(1)滑块动能的变化量 。
(2)滑块克服摩擦力做的功 。
(3)合力对滑块做的功 。
Ⅱ.某考生以木板在铁架台竖直杆上的放置位置到的距离h为横轴，以滑块通过光电门时的挡光时间t的倒数的平方为纵轴，根据测量数据在坐标系中描点画出图线，若图线为过原点的直线，且图线斜率 ，则能证明合外力做的功等于物体动能的变化量。
（2022·广东梅州模拟）
8．用如图甲所示装置做“验证动能定理”的实验。实验时，通过电磁铁控制小铁球从P处自由下落，小铁球依次通过两个光电门a、b，测得遮光时间分别为和，两光电门中心点间的高度差为h。
（1）用游标卡尺测得小铁球直径的示数如图乙所示，则小铁球的直径 ；
（2）小铁球通过光电门a的速度为 ，通过光电门b的速度为 （用测量的物理量符号表示）。
（3）若已知当地重力加速度为g，则验证动能定理的表达式为： （用测量的物理量符号表示）。
高考对接
（2019·江苏高考）
9．某兴趣小组用如题1图所示的装置验证动能定理．
（1）有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：
A．电磁打点计时器
B．电火花打点计时器
为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择 （选填“A”或“B”）．
（2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动．同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除．同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动．看法正确的同学是 （选填“甲”或“乙”）．
（3）消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码．接通打点计时器电源，松开小车，小车运动．纸带被打出一系列点，其中的一段如题2图所示．图中纸带按实际尺寸画出，纸带上A点的速度vA= m/s．
（4）测出小车的质量为M，再测出纸带上起点到A点的距离为L．小车动能的变化量可用ΔEk=算出．砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g；实验中，小车的质量应 （选填“远大于”“远小于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用W=mgL算出．多次测量，若W与ΔEk均基本相等则验证了动能定理．
（2020·全国卷Ⅲ）
10．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 。
（2021·河北高考）
11．某同学利用图1中的实验装置探究机械能变化量与力做功的关系，所用器材有：一端带滑轮的长木板、轻细绳、的钩码若干、光电门2个、数字计时器、带遮光条的滑块（质量为，其上可放钩码）、刻度尺，当地重力加速度为，实验操作步骤如下：
①安装器材，调整两个光电门距离为，轻细绳下端悬挂4个钩码，如图1所示；
②接通电源，释放滑块，分别记录遮光条通过两个光电门的时间，并计算出滑块通过两个光电门的速度；
③保持最下端悬挂4个钩码不变，在滑块上依次增加一个钩码，记录滑块上所载钩码的质量，重复上述步骤；
④完成5次测量后，计算出每次实验中滑块及所载钩码的总质量M、系统（包含滑块、滑块所载钩码和轻细绳悬挂钩码）总动能的增加量及系统总机械能的减少量，结果如下表所示：
回答下列问题：
（1）实验中轻细绳所悬挂钩码重力势能的减少量为 J（保留三位有效数字）；
（2）步骤④中的数据所缺数据为 ；
（3）若M为横轴，为纵轴，选择合适的标度，在图2中绘出图像 ；
若系统总机械能的减少量等于克服摩擦力做功，则物块与木板之间的摩擦因数为 （保留两位有效数字）
0.200
0.250
0.300
0.350
0.400
0.582
0.490
0.392
0.294
0.195
0.393
0.490
0.686
0.785
参考答案：
1． B C 0.82
【详解】（1）打点计时器必须用交流电源，不可以用干电池供电，选项A错误；必须平衡摩擦力，从而保证合力的功就是细线拉力的功，选项B正确；每次实验，小车必须从同一位置由静止弹出，以保证每条橡皮筋做功相同，选项C正确；实验时只能选用规格相同的橡皮筋，以保证橡皮筋做的功与条数成正比，选项D错误；故选BC.
（2）小车获得的最大速度要根据CD或DE部分的纸带来计算，则最大速度为．
【点睛】本题关键要明确小车的运动情况，先加速，再匀速，最后减速，橡皮条做功完毕，速度最大，做匀速运动，因此明确实验原理是解答本题的关键．
2． 左 2 CD 平衡摩擦力过度
【详解】(1)[1]小车是向右边弹出，平衡摩擦力时应该将左端垫高使重力沿斜面向下的分力与沿斜面向上的摩擦力平衡。
(2)[2]由题目给的数据可知小车从C点到H点做匀速运动，则
(3)[3]图丙中图线的形状与函数y＝xn(n＝2,3,4…)的图象吻合，故C、D正确。
(4)[4]从图象截距可看出合外力不做功时，小车仍然会有速度，这表明平衡摩擦力过度。
3． 相同
【详解】(1)[1]实验中，小球每次释放的位置到桌子边缘的距离s应相同，保证每次橡皮筋形变量相同，每根橡皮筋每次都做功相同。
(2)[2]小球飞出桌子后做平抛运动，分解位移
解得
根据动能定理
则
所以应选择为横坐标。
[3]图像的斜率和纵截距为
解得
4． 50 AC
【详解】①[1]．遮光条的宽度：d=2.14mm=2mm+7×0.02mm，游标卡尺的精度为0.02mm，游标卡尺是50分度的。
②[2]．AB、用气垫导轨做实验，实验前要调节气垫导轨水平，实验不需要调整轨道的倾角平衡摩擦力，故A正确，B错误；
C、当钩码质量远小于滑块质量时可以近似认为滑块受到的拉力等于钩码的重力，实验必须满足钩码的质量远小于滑块与遮光条的总质量，故C正确；
③[3]．滑块经过光电门时的速度：
对滑块，由动能定理得：

即：
；
5． mgs2 v2=5W 0.4 A
【详解】（1）[1][2]滑块拖动纸带移动的距离等于砂桶下落的距离，又滑块所受拉力约等于砂桶的重力，因此拉力对滑块做的功
滑块做匀变速直线运动，因此打2点时滑块的速为1、3段的平均速度，每两点间的时间间隔
则有
（2）[3][4]由图线可知
则与W的关系式为
由动能定理可知
整理得
则由以上可知
解得
（3）[5]若砂桶和沙质量m不满足远小于滑块质量M，则绳子对滑块的拉力实际不等于砂桶的重力，由
可得
由动能定理得
整理得
而
则
则图线仍为一条过远点的倾斜直线，A正确，BCD错误。
6． 1.550 0.021 无
【详解】(1)[1]主尺的刻度：15mm，游标尺上的第10个刻度与主尺的刻度对齐，读数是：0.05×10=0.50mm，总读数：d=15mm+0.50mm=15.50mm=1.550cm；
(2)[2]根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，滑块通过B点的瞬时速度为
根据功能关系
代入数据解得
m=0.021kg
(3)[3]空间站是失重环境，小球和平面之间无作用，因此没有摩擦力，水平面粗糙与否对实验结果无影响。
7．
【详解】Ⅰ. (1)[1]由于挡光片宽度很小，滑块通过光电门的速度近似为
滑块动能的变化量
(2)[2]滑块从位置释放匀速下滑时，由动能定理有
且
得
（x为P到铁架台竖直杆的距离，θ为此时长木板的倾角）
从释放时，设长木板的倾角为α，长度为，则克服摩擦力做功为
故
(3)[3]合力做的功
Ⅱ[4]由动能定理有
整理得
故图线斜率
8． 5.5 （写成也给分）
【详解】（1）[1]由图乙可知，游标卡尺的游标为10分度，且第5个小格与主尺对齐，则小铁球的直径
（2）[2][3]根据公式可知，小铁球通过光电门a的速度为
通过光电门b的速度为
（3）[4]若已知当地重力加速度为g，则验证动能定理的表达式为
代入整理得
9． B 乙 0.31（0.30~0.33都算对） 远大于
【详解】(1)为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选电火花打点计时器即B；
(2)当小车开始运动时有小车与木板间的摩擦为最大静摩擦力，由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，所以甲同学的看法错误，乙同学的看法正确；
(3)由图可知，相邻两点间的距离约为0.62cm，打点时间间隔为0.02s，所以速度为
；
(4)对小车由牛顿第二定律有：，对砝码盘由牛顿第二定律有： 联立解得：，当时有：，所以应满足：．
10． 0.36 1.80 B、P之间的距离
【详解】[1][2]由匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于平均速度
[3]验证动能定理需要求出小车运动的过程中拉力对小车做的功，所以还需要测量对应的B、P之间的距离。
11． 0.980 0.588 0.40（0.38~0.42）
【详解】（1）[1]四个钩码重力势能的减少量为
（2）[2]对滑块和钩码构成的系统，由能量守恒定律可知
其中系统减少的重力势能为
系统增加的动能为
系统减少的机械能为，则代入数据可得表格中减少的机械能为
（3）[3]根据表格数据描点得的图像为
[4]根据做功关系可知
则图像的斜率为
解得动摩擦因数为
（0.38~0.42）