2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点21 探究动能定理 验证机械能守恒定律 Word版含解析

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考点细研究：本考点的命题要点有：(1)打点计时器的使用；(2)平衡摩擦力的方法；(3)纸带数据处理；(4)图象法处理实验数据。其中考查到的如：2016年全国卷Ⅰ第22题，2016年全国卷Ⅱ第22题，2016年江苏高考第11题，2015年浙江高考第21题，2014年天津高考第9题，2013年海南高考第11题等。
备考正能量：动能定理和机械能守恒是力学中的重要规律，实验命题多集中在实验原理、实验步骤、实验数据处理和误差分析的考查上，瞬时速度的计算及实验的改进与创新应重点关注。
基础与经典
1．(多选)在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是( )
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．为简便起见，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．通过分析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．通过分析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
答案 ABCF
解析 平衡摩擦力时，应把长木板固定打点计时器的一端垫高，使小车托着纸带下滑时所受到的阻力与重力沿长木板向下的分力平衡，A正确；为了计算功时方便，实验中以一根橡皮筋做的功为单位功W，因此选用的橡皮筋规格要相同，且每根的拉伸长度也要相等，这样可由橡皮筋的条数得到拉力做的功的数值，B、C正确，D错误；实验中应先接通电源，再释放小车，E错误；测小车的速度时，应测量橡皮筋恢复原长时的速度，故F正确，G错误。
一、基础与经典
2．“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图甲所示，当小车在一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、4条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W……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测出。
(1)关于该实验，下列说法正确的是________。
A．打点计时器可以用干电池供电
B．实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力
C．每次实验小车必须从同一位置由静止弹出
D．利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W­vm、W­veq \\al(2,m)、W­veq \\al(3,m)，W2­vm、W3­vm……的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系
(2)如图乙所示，给出了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＝1.48 cm，BC＝1.60 cm，CD＝1.62 cm，DE＝1.62 cm；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vm＝________ m/s。(结果保留两位有效数字)
答案 (1)CD (2)0.81
解析 (1)打点计时器必须用交流电，A项错误；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力，B项错误；每次实验小车必须从同一位置由静止弹出，C项正确；根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图象，找出合力做的功与物体速度变化的关系，D项正确。
(2)小车获得的最大速度vm＝eq \f(x,t)＝eq \f(1.62×10－2,0.02) m/s＝0.81 m/s。
3．用如图甲所示的装置“验证机械能守恒定律”。
(1)下列物理量需要测量的是________，通过计算得到的是________(填写代号)。
A．重锤质量
B．重力加速度
C．重锤下落的高度
D．与下落高度对应的重锤的瞬时速度
(2)设重锤质量为m、打点计时器的打点周期为T、重力加速度为g。图乙是实验得到的一条纸带，A、B、C、D、E为相邻的连续点。根据测得的x1、x2、x3、x4写出重锤由B点到D点重力势能减少量的表达式________，动能增量的表达式________。
由于重锤下落时要克服阻力做功，所以该实验的动能增量总是________(填“大于”“等于”或“小于”)重力势能的减少量。
答案 (1)C D (2)mg(x3－x1) eq \f(mx4x4－2x2,8T2) 小于
解析 (1)重锤下落的高度用刻度尺直接测量，而与下落高度对应的重锤的瞬时速度则需要利用打下的纸带计算得出。
(2)重锤由B点到D点重力势能减少量的表达式为ΔEp＝mg(x3－x1)，动能增量的表达式为ΔEk＝eq \f(1,2)mveq \\al(2,D)－eq \f(1,2)mveq \\al(2,B)＝eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x4－x2,2T)))2－eq \f(1,2)meq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(\f(x2,2T)))2＝eq \f(mx4x4－2x2,8T2)。由于重锤下落时要克服阻力做功，会有一部分机械能转化为内能，故实验的动能增量总是小于重力势能的减少量。
4．为了探究合外力做功与物体动能改变的关系，某同学设计了如下实验方案。
第一步：如图甲所示，把木板一端垫起，滑块通过细绳与一重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤下连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块，滑块沿木板向下匀速运动。
第二步：如图乙所示，保持木板倾角不变，取下细绳和重锤，将打点计时器安装在木板靠近滑轮处，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器。
第三步：接通电源，释放滑块，使滑块由静止开始加速运动，打出的纸带如图丙所示。其中打下计数点O时，滑块的速度为零，相邻计数点的时间间隔为T，A、B、C、D、E、F各点与O点的距离分别为x1、x2、x3、x4、x5、x6。
(1)打点计时器打E点时滑块速度vE＝________。
(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，合外力在OE段对滑块做的功WOE＝________。
(3)利用纸带求出各段合外力对滑块做的功W及A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴，W为横轴建立坐标系，作出v2­W图象，发现它是一条过坐标原点的直线，测得直线斜率为k，则滑块质量M＝________。
答案 (1)eq \f(x6－x4,2T) (2)mgx5 (3)eq \f(2,k)
解析 (1)根据中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得vE＝eq \f(x6－x4,2T)。
(2)本实验中将重锤的重力当作合外力，合外力在OE段对滑块做的功为mgx5。
(3)根据动能定理有W＝eq \f(1,2)Mv2，可得v2＝eq \f(2,M)W，所以eq \f(2,M)＝k，M＝eq \f(2,k)。
5. 某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律，频闪仪每隔0.05 s闪光一次，如图所标数据为实际距离，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表。
(当地重力加速度取9.8 m/s2，小球质量m＝0.2 kg，结果保留3位有效数字)
(1)由频闪照片上的数据计算t5时刻小球的速度v5＝________m/s。
(2)从t2到t5时间内，重力势能增量ΔEp＝________J，动能减少量ΔEk＝________J。
(3)在误差允许的范围内，若ΔEp与ΔEk近似相等，即可验证机械能守恒定律。由上述计算得ΔEp________(选填“>”“