《高考物理复习方案 第5章 机械能及其守恒定律 实验五 探究动能定理（含解析）新人教版-新人教版高三全册物理试题.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理复习方案 第5章 机械能及其守恒定律 实验五 探究动能定理（含解析）新人教版-新人教版高三全册物理试题.doc（16页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、实验五探究动能定理1实验目的1探究外力对物体做功与物体速度的关系。2通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系。实验原理1不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W2由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据。3以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度的平方为横坐标，作出Wv2曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。实验器材小车(前面带小钩)、100200 g砝码、长木板(在两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、学生
2、电源(使用电火花计时器时不用学生电源)、导线、56条等长的橡皮筋、刻度尺。实验步骤1按如图所示将实验仪器安装好。2平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止。3先用1条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W，将这一组数据记入表格。4用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。5用3条、4条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。2数据处理1测量小车的
3、速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是v(T为打点计时器打点的时间间隔)。2记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v/(ms1)速度平方v2/(m2s2)3.数据处理：在坐标纸上(如图所示)画出Wv2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。4实验结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为Wv2。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
4、比。2没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大。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。类型产生原因 减小方法偶然误差小车速度的测量误差 多次测量x，求平均值摩擦力做功 平衡摩擦力适当系统误差橡皮筋的长度、粗细不一选规格相同的橡皮筋注意事项1平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。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，找到木板一个合适的倾角。2选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的。3规格相同：橡皮筋规格相同时，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。
5、4开始实验时，小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源再释放小车。5选择小车时，小车质量应适当大一些，使纸带上打的点多一些。实验改进1本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小。2可以把长木板换成气垫导轨，省略平衡摩擦力的操作步骤，达到简化实验过程的目的。考点对实验原理与实验步骤的理解例12015吉林长春高三质监某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系，选取的实验装置如图所示，实验主要步骤如下：(1)实验时，为使小车只在橡皮筋作用下运动，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，打开打点计时器，轻推小车，得到的纸带应该是_(填“
6、甲”或“乙”)。(2)使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功为W；(3)再用完全相同的2条、3条橡皮筋作用于小车，每次由静止释放小车时橡皮筋的_(填写相应实验条件)，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W(4)分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3(5)作出Wv图象，则下列符合实际的图象是_。尝试解答(1)乙(3)伸长量(形变量，长度)都相同(5)D。(1)平衡摩擦力后，小车应做匀速直线运动，所以纸带应该是乙。(3)为了使橡皮筋对小车做功以倍数增加，每次橡皮筋形变量相同。(5)由动能定理可知Wmv2，应选D。某学习小组做“探究功
7、与速度变化的关系”的实验如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，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(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根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算。(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)电源。(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，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)若木
8、板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是()A橡皮筋处于原长状态B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处D小车已过两个铁钉的连线(4)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，应选用纸带的_部分进行测量(根据如图所示的纸带回答)。答案(1)交流 (2)D (3)B(4)GJ解析(1)打点计时器使用的是交流电源。(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，D正确。(3)水平放置木板，放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小
9、车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，小车没过两铁钉的连线，B正确，A、C、D错误。(4)从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量。考点实验数据的处理与误差分析例22015江西南昌高三一模某实验小组用图甲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，长木板一端放置在水平桌面边缘P处，另一位置放置在铁架台竖直铁杆上，使长木板倾斜放置，长木板P处放置一光电门，用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光时间。实验步骤是：用游标卡尺测出滑块的挡光宽度L，用天平测量滑块的质量m。平衡摩擦力：以木板放置在水平桌面上的P处为轴，调节长木板在铁架台上的放置位置，
10、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Q1，用刻度尺测出Q1到水平面的高度H。保持P位置不变，长木板一端放置在铁架台竖直杆Q2上。用刻度尺量出Q1Q2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。保持P位置不变，重新调节长木板一端在铁架台上的放置位置，重复步骤数次。.滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中，用测量的物理量回答下列问题(重力加速度已知为g)：(1)滑块通过光电门的速度v_。(2)滑块动能的变化量Ek_。(3)滑块克服摩擦力做的功Wf_。(4)合力对滑块做的功W合_。.某学生以铁架台竖起杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标，以滑块通过
11、光电门的挡光时间平方倒数为纵坐标，根据测量数据在坐标中描点画出如图乙所示直线，直线延长线没有过坐标原点，其原因主要是_。尝试解答.(1)(2)m(3)mgH(4)mgh1.平衡摩擦力倾角过大。.滑块挡光板很窄，挡光时间很短，就能表示瞬时速度v，滑块动能变化量Ekmv2m2；克服摩擦力做功等于重力势能变化mgH，因为已经平衡了摩擦力，因此合外力做功mgh1；.直线延长线没有过坐标原点说明合外力大于mg，是平衡摩擦力倾角过大的缘故。2016甘肃兰州模拟某同学为探究“合外力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，操作步骤为：按图1摆好实验装置，其中小车质量M0.20 kg，钩码总质量m0.05
12、kg。先接通打点计时器的电源(电源频率为f50 Hz)，然后释放小车，打出一条纸带。图1(1)他在多次重复实验得到的纸带中选取出自认为满意的一条，如图2所示，把打下的第一点记作0，选取点迹清晰的三个相邻计数点标记为1、2、3(相邻计数点间还有4个点未画出)，用刻度尺测得计数点1、2、3到0点的距离分别为d125.6 cm，d236.0 cm，d348.0 cm。他把钩码重力作为小车所受合外力(g取9.8 m/s2)，算出打下0点到打下点2过程中合力做功W_J，把打下点2时小车的动能作为小车动能的改变量，算得Ek_J。(结果保留3位有效数字)图2(2)根据此次实验探究的结果，他并没能得到“合外力
13、对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差较大。你认为产生这种情况的原因可能是_(写出一条即可)。答案(1)0.1760.125(2)没有平衡摩擦力或钩码的质量没有满足远小于小车的质量的条件解析(1)由题意，合力做功为Wmgd20.176 J；打下点2时小车的速度v21.12 m/s，此时小车的动能EkMv0.125 J。(2)由于钩码重力做功大于小车动能增加量，其原因一定是合外力小于钩码的重力，所以可能的原因是未平衡摩擦力或钩码的质量没有满足远小于小车的质量的条件。考点创新实验设计例32015湖北百所中学联考某学习小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了如图所示
14、甲、乙两套装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为弹簧测力计，P为小桶(内有沙子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置。(1)如果忽略滑轮与绳间的摩擦，小组成员认为：甲图中弹簧秤的示数即为小车受到的拉力大小；乙图中弹簧秤示数的二倍为小车受到的拉力大小。请判断两种分析是否正确，若不正确，请指明并简要说出不正确的原因。_。(2)选择了上述一种合理的方法后，要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外，还必需的两个实验仪器是_、_。(3)该实验中发现小车受到的阻力对实验结果影响较大，在长木板保持水平的情况下，请你利用该装置测出小车受到的阻力，其方法是_。(4)在上述实验操作中，打点计
15、时器使用的交流电频率为50 Hz，某同学打出的一段纸带如下图所示，O、A、BF为打点计时器连续打出的计时点，根据图中数据求出小车运动时与纸带上E点相对应的瞬时速度vE_m/s。(结果保留3位有效数字)尝试解答(1)的说法是正确的；的说法不正确，因为当小车加速运动时，要考虑滑轮的质量，小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍 (2)刻度尺；天平 (3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小 (4)1.39。(1)在题图甲中，小车的拉力等于弹簧秤的拉力，在题图乙中，考虑到动滑轮的质量m，设弹簧秤的拉力为F，小车对滑轮的拉力为FT，则2
16、FFTma，知小车所受到的拉力小于(或不等于)弹簧秤示数的二倍。(2)该实验要计算出小车的动能，要测量小车的质量，所以需要天平；要测量纸带计时点之间的长度，还需要刻度尺。(3)调整小桶内沙子的质量，轻推小车，使小车拖动纸带做匀速运动，则弹簧秤的示数等于小车受到的阻力大小。(4)E点的速度等于DF段的平均速度vE m/s1.39 m/s。某学习小组利用自行车的运动“探究阻力做功与速度变化的关系”。人骑自行车在平直的路面上运动，当人停止蹬车后，由于受到阻力作用，自行车的速度会逐渐减小至零，如图所示。在此过程中，阻力做功使自行车的速度发生变化。设自行车无动力后受到的阻力恒定。(1)在实验中使自行车在
17、平直的公路上获得某一速度后停止蹬车，需要测出人停止蹬车后自行车向前滑行的距离s，为了计算自行车的初速度v，还需要测量_(填写物理量的名称及符号)。(2)设自行车受到的阻力恒为Ff，计算出阻力做的功W及自行车的初速度v。改变人停止蹬车时自行车的速度，重复实验，可以得到多组测量值。以阻力对自行车做功的大小为纵坐标，自行车初速度为横坐标，作出Wv曲线。分析这条曲线，就可以得到阻力做的功与自行车速度变化的定性关系。在实验中作出的Wv图象如图所示，其中符合实际情况的是()答案(1)人停止蹬车后自行车滑行的时间t(2)C解析(1)人停止蹬车后做匀减速运动，初速度v2，所以还需要测量自行车滑行的时间t。(2
18、)由动能定理得Wmv2，则Wv图象为抛物线，即图C。12013福建高考(节选)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)。答案(1)C(2)0.653解析(1)平衡摩擦力时必须让小车匀速滑下，而不能挂上钩码，A错误；设小车质量为M，钩码质量
19、为m，则绳子的拉力FMamg，显然只有Mm时，才有0，此时Fmg，即钩码质量应远小于小车质量，B错误。(2)对于匀加速直线运动，某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度，B点的速度等于AC段的平均速度，又AB段的时间为T5T00.1 s，所以vBAC m/s0.653 m/s。22013四川高考如图1所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验：(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做_运动。(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到
20、图2所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg。请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化量Ek，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。OBOCODOEOFW/J0.04320.05720.07340.0915Ek/J0.04300.05700.07340.0907分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内WEk，与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为7.7103 kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后
21、第三位)。答案(1)匀速直线(或匀速)(2)0.11150.1105(3)0.015解析(1)平衡摩擦力是否完全，可通过打出的纸带来判断，如果小车所受的摩擦力被完全平衡了，那么小车是做匀速直线运动的，纸带上打出的点迹间隔分布是均匀的。(2)小车从O点运动到F点拉力做的功为：WFs0.20.5575 J0.1115 J打点计时器打下F点时小车的瞬时速度为vF1.051 m/s此时小车的动能变化量Ekm车v代入数据得Ek0.1105 J(3)小车的加速度可用逐差法求得：a m/s20.9856 m/s2这个加速度也是砝码与托盘的加速度。设砝码与托盘的总质量为m，由牛顿第二定律：mgFma得：m，m
22、砝码mm盘m盘将a0.9856 m/s2、托盘的质量m盘7.7103 kg、F0.2 N 和g9.8 m/s2代入计算得：m砝码0.015 kg。32015辽宁抚顺高三期中某同学验证动能定理的实验装置如图1所示。水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑片，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一易拉罐相连，易拉罐和里面的细沙总质量为m；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间为t，L表示A、B两点间的距离。滑块与气垫导轨间没有摩擦，用g表示重力加速度。(1)该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度。将游标卡尺的测量爪合
23、在一起，发现游标尺的零刻度线与主尺的零刻度线不重合，如图2甲所示。用此游标卡尺测遮光片的宽度时示数如图2乙所示读数值d测_mm，遮光片宽度的实际值d真_mm。(2)该同学首先调整导轨倾角，易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过滑轮连接在滑块上。让滑块恰好在A点静止，此时易拉罐和里面的细沙总质量为m。剪断细绳后，滑块开始加速下滑，则其受到的合外力为_。(3)为验证从AB过程中小车合外力做功与滑块动能变化的关系，需要验证的关系式为_(用题目中所给的物理量符号表示)。答案(1)1.41.8(2)mg(3)mgLM2解析(1)游标卡尺的主尺乙读数为：0.1 cm1 mm，游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对
24、齐，所以游标读数为40.1 mm0.4 mm0.04 cm，所以最终读数为：1 mm0.4 mm1.4 mm，遮光片的实际宽度为：1.4 mm0.4 mm1.8 mm。(2)小车匀速下滑时受到重力、支持力、摩擦力和拉力，合力为零；撤去拉力后，其余力不变，故合力等于撤去的拉力，故其合力大小为mg。(3)小车获得的速度为：v，合外力做功为：WmgL，根据功能关系可知需要验证的表达式为：mgLMv2，即：mgLM2。42016福建厦门高三质监在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图甲所示的实验装置。(1)实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减
25、小这种做法带来的实验误差，你认为应该采取的措施是_。(填选项前的字母)A保证钩码的质量远小于小车的质量B选取打点计时器所打的第1点与第2点间的距离约为2 mm的纸带来处理数据C把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力D必须先接通电源再释放小车(2)如图乙所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出小车的质量为M，钩码的总质量为m。从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功是_，小车动能的增量是_。(用题中和图中的物理量符号表示)答案(1)AC(2)mgsM2M2解析(1)为使钩码的重力近似于小车受到
26、的合力，需要把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力，C项正确；同时保证钩码的质量远小于小车的质量，减小钩码失重带来的误差，A项正确；D项是打点计时器实验的正确做法，对减小本题中的实验误差无影响，D项错；B项为保证重物由零开始做自由落体运动的措施，B项是错误的。(2)从B点到E点合力对小车做的功Wmgs。vB，vE，小车动能增量EkEkEEkBM2M2。5某同学利用气垫导轨探究动能定理，实验装置如图1所示。将气垫导轨调节水平后在上面放上A、B两个光电门，滑块通过一根细线与托盘相连。测得滑块质量为M，托盘和砝码的总质量为m。(1)用螺旋测微器测量滑块上固定的挡光片宽度如图2所示，则挡光片宽度d
27、_。(2)气垫导轨底座上有刻度尺，由图3的刻度尺可读得A、B两光电门之间的距离s_。(3)实验中，若用托盘和砝码的重力作为细线中的拉力，应该满足的条件是_。(4)实验中，若用托盘和砝码的重力作为细线中的拉力，静止释放滑块后测得滑块通过光电门A的时间为tA，通过光电门B的时间为tB。挡光片宽度为d，A、B两光电门之间的距离为s，探究拉力做功与滑块动能变化的关系，实验测得的这些物理量应该满足的表达式为_。答案(1)0.730 mm(2)23.50 cm(3)托盘和砝码的质量远远小于滑块的质量(4)mgsM解析根据螺旋测微器读数规则，挡光片宽度d0.5 mm23.00.01 mm0.730 mm。A、B两光电门之间的距离s24.50 cm1.00 cm23.50 cm。实验中，若用托盘和砝码的重力作为细线中的拉力，应该满足的条件是托盘和砝码的质量远远小于滑块的质量。当滑块从A运动到B，拉力mg做功mgs，滑块动能变化M，实验测得的这些物理量应该满足的表达式为mgsM。