届高三高考物理一轮复习《探究动能定理实验》专题提升.docx
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届高三高考物理一轮复习《探究动能定理实验》专题提升
探究动能定理实验
1.(9分)某探究学习小组的同学欲以如图装置中的滑块为对象验证“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙、垫块等需要的东西.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:
(1)实验时为了保证滑块(质量为M)受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,实验时首先要做的步骤是。
(2)某同学在实验时用电磁打点计时器打了一条理想的纸带,他按要求选取计数点后,在测量各相邻两计数点间的距离时不慎将纸带撕成了几段,如图所示,但他知道甲、乙属于同一纸带,则丙、丁、戊中属于上述纸带的是__________。
(3)另一位同学平衡摩擦力后,改变砝码盘中砝码的数量,多次重复测量,在某次实验中根据测得的多组数据可画出a—F关系图线(如图所示).此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是()
A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态
C.砝码盘和砝码的总质量太大D.所用小车的质量太大
(4)如图所示的是小车做匀变速运动时打点计时器打出纸带的其中一段(有个别点较模糊或没有打出),该同学已经在纸带上取了两个计数点A、B并将一把毫米刻度尺放在纸带上,其零刻度线与计数点A对齐,已知打点计时器所使用的电源的频率为50Hz.根据纸带的数据,打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=______m/s,该物体的加速度a=m/s2。
2.(8分)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=200g,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10g、20g、50g和100g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______________________________________________________。
3.(6分)(2019湖北名校联盟三模)某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”,设计了如下实验,他的操作步骤是:
a.连接好实验装置如图所示.
b.将质量为200g的小车拉到打点计时器附近,并按住小车.
c.在质量为10g、30g、50g的三种钩码中,他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上.
d.释放小车,打开打点计时器的电源,打出一条纸带.
(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条.经测量、计算,得到如下数据:
①第一个点到第N个点的距离为40.0cm.
②打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力,拉力对小车做的功为______J,小车动能的增量为________J.(注:
g取9.80m/s计算结果均保留3位有效数字)
(2)此次实验探究结果,他没能得到“恒力对物体做的功等于物体动能的增量”,且误差很大,显然,在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素.请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下,造成较大误差的主要原因有_________(至少写出两条原因):
4.(2019湖南长沙长郡中学二模)在课外兴趣小组实验时,某同学利用如图1所示的装置探究功与速度变化的关系。
操作步骤如下:
a.小物块在橡皮筋的作用下弹出,沿水平桌面滑行,之后平抛落至水平地面上,落点记为M1;
b.在钉子上分别套上2条、3条、4条……同样的橡皮筋,使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致,重复步骤a,小物块落点分别记为M2、M3、M4…;
c.测量相关数据,进行数据处理。
(1)为求出小物块抛出时的速度大小,需要测量下列物理量中的______(填正确答案标号)。
A.橡皮筋的原长x B.橡皮筋的伸长量△x
C.桌面到地面的高度h D.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记为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、….若功与速度的平方成正比,则若以W为横坐标、以L2为纵坐标作图,得到的图象是______
A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.无法确定
(3)若考虑物块从释放位置到桌子边沿克服阻力做的功,请在图2中画出
(2)中的大致图象形状;
(4)根据(3)中画出的图象______(“能”、“不能”)说明动能的增量与合力做功的关系。
5.如图甲所示,是某同学验证动能定理的实验装置。
其步骤如下:
a.易拉罐内盛上适量细砂,用轻绳通过滑轮连接在小车上,小车连接纸带。
合理调整木板倾角,让小车沿木板匀速下滑;
b.取下轻绳和易拉罐,测出易拉罐和细砂的质量m及小车质量M;
c.取下轻绳和易拉罐后,换一条纸带,让小车由静止释放,打出的纸带如图乙所示(中间部分未画出),O为打下的第一点。
已知打点计时器的打点频率为f,重力加速度为g。
(1)步骤c中小车所受的合力为________。
(2)为验证从O→C过程中小车合力做功与小车动能变化的关系,测出BD间的距离为x0,OC间距离为x1,则C点的速度为________。
需要验证的关系式为_______________________________(用所测物理量的符号表示)。
6.某实验小组用如图所示的装置探究动能定理,并测量当地的重力加速度。
将小钢球从固定轨道倾斜部分某处由静止释放,经轨道末端水平飞出。
落到铺着白纸和复写纸的水平地面上,在白纸上留下点迹。
为了使问题简化,小钢球在轨道倾斜部分下滑的距离分别为L、2L、3L、4L……,这样在轨道倾斜部分合外力对小钢球做的功就可以分别记为
、2
、3
、4
……
(1)为了探究动能定理,除了测量小钢球离开轨道后的下落高度h和水平位移s外,还需测量____
A.L、2L、3L、4L……的具体数值
B.轨道与小钢球之间的动摩擦因数
C.小钢球的质量m
(2)请用上述必要的物理量写出探究动能定理的关系式,W=________________;
(3)为了减小实验误差必须进行多次测量,在L、2L、3L、4L……处的每个释放点都要让小钢球重复释放多次,在白纸上留下多个点迹。
那么,确定在同一位置释放的小钢球在白纸上的平均落点位置的方法是_________________________________________。
(4)该实验小组利用实验数据得到了如图所示的图像,则图像的横坐标表示______(填“s”或“
”),若该图线的斜率为k,则当地的重力加速度g=____(用图中相关的物理量表示)。
7.(2018·河南洛阳联考)某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。
(1)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;
(2)在钉子上分别套上2条、3条、4条…同样的橡皮筋,使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致,重复步骤
(1),小物块落点分别记为M2、M3、M4…。
(3)测量相关数据,进行数据处理。
①为求出小物块从桌面抛出时的动能,需要测量下列物理量中的________(填正确答案标号,g已知)。
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记为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、…,若功与速度的平方成正比,则应以W为纵坐标、________为横坐标作图,才能得到一条直线。
③如果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”)。
8.(7分)如图是某小组验证动能定理的实验装置,在滑块上安装一遮光条与拉力传感器,把滑块放在水平气垫导轨上,通过定滑轮的细绳与钩码相连,光电门安装在B处。
测得滑块(含遮光条和拉力传感器)质量为M、钩码的总质量为m、遮光条的宽度为d,当地的重力加速度为g。
当气垫导轨充气后,将滑块在图示A位置由静止释放后,拉力传感器记录的读数为F,光电门记录的时间为Δt。
(1)实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M?
________(填“是”或“否”);
(2)测得AB之间的距离为L,则对滑块验证动能定理的表达式为________(用以上对应物理量的符号表示);
(3)为减少实验误差,可采取的方法是( )
A.增大AB之间的距离B.减少钩码的总质量
C.增大滑块的质量D.减少遮光条的宽度
9. 在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲所示):
(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50Hz,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)。
10.(多选)用如图所示的装置做“探究动能定理”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.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.通过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
11.某同学利用如图所示的装置“探究功与速度变化的关系”:
在木块的左端固定一挡板,挡板上栓一轻质弹簧,弹簧的右端固定一小物块,物块的上方有一很窄的遮光片,当弹簧的长度为原长时,物块恰处于O点,O点的正上方有一光电门,光电门上连接计时器(图中未画出)。
已知弹性势能的表达式为Ep=
k(Δx)2。
(1)实验开始时,________平衡摩擦力;________测量遮光片的宽度。
(均填“需要”或“不需要”)
(2)所有实验条件具备后,将小物块向左压缩Δx后从静止释放,小物块在弹簧的作用下被弹出,记下遮光片通过光电门的时间t1。
(3)将小物块向左压缩2Δx、3Δx、4Δx、…后从静止释放,小
物块在弹簧的作用下被弹出,分别记下遮光片通过光电门的时间t2、t3、t4、…。
(4)将几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、…,则W1∶W2∶W3=________,若以W为纵坐标、
为横坐标作图,则得到的图象是________(填“一条直线”或“一条曲线”)。
12.如图甲所示,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“研究合力做功和动能变化的关系”的实验:
图甲
(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,通过实验得到如图乙所示的纸带。
纸带上O为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。
实验时小车所受拉力为0.2N,小车的质量为0.2kg。
乙
请计算小车所受合力做的功W和小车动能的变化ΔEk,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。
O-B
O-C
O-D
O-E
O-F
W/J
0.0432
0.0572
0.0734
0.0915
①
ΔEk/J
0.0430
0.0570
0.0734
0.0907
②
分析上述数据可知:
在实验误差允许的范围内W=ΔEk,与理论推导结果一致。
(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10-3kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(g取9.8m/s2,结果保留至小数点后第三位)。
13.某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究有关做功的问题。
(1)如图甲所示,在保持M>7m条件下,可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力,在控制小车质量不变的情况下进行实验。
在实验中,该同学先接通打点计时器的电源,再放开纸带,已知交流电的频率为50Hz。
图乙是在m=100g、M=1kg情况下打出的一条纸带,O为起点,A、B、C为过程中3个相邻的计数点,相邻的计数点之间有4个没有标出,有关数据如图乙所示,则打B点时小车的动能Ek=________J,从开始运动到打B点时,绳的拉力对小车做的功W=________J。
(保留2位有效数字,g取9.8m/s2)
(2)在第
(1)问中,绳的拉力对小车做的功W大于小车获得的动能Ek,请你举出导致这一结果的主要原因:
___________________________________________________。
(写出一种即可)
14.质量为1kg的重物自由下落,通过打点计时器在纸带上记录下运动的过程,打点计时器所接电源为6V、50Hz的交流电源。
如图甲所示,纸带上O点为重物自由下落时打点的起点,选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出),各计数点与O点的距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2,单位为mm,重力加速度为9.8m/s2,则
(1)求出B、C、D、E、F各点速度并填入下表。
计数点
B
C
D
E
F
速度(m·s-1)
(2)求出重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功。
计数点
B
C
D
E
F
功(J)
(3)适当选择坐标轴,在图乙中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图。
图中纵坐标表示________,横坐标表示________,由图可得重力所做的功与____________成____________关系。
15.某同学用如图甲所示装置做“探究合力的功与动能改变量的关系”的实验,他通过成倍增加位移的方法来进行验证。
方法如下:
将光电门固定在水平轨道上的B点,用重物通过细线拉小车,保持小车(带遮光条)和重物的质量不变,通过改变小车释放点到光电门的距离进行多次实验,每次实验时要求小车都由静止释放。
(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d,示数如图乙所示,则d=________cm。
(2)如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t,小车到光电门的距离为s,通过描点作出线性图象来反映合力的功与动能改变量的关系,则所作图象关系是________时才能符合实验要求。
A.st B.st2 C.st-1 D.st-2
(3)下列实验操作中必要的是________。
A.调整轨道的倾角,在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动
B.必须满足重物的质量远小于小车的质量
C.必须保证小车由静止状态开始释放
参考答案
1.(9分)某探究学习小组的同学欲以如图装置中的滑块为对象验证“动能定理”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细沙、垫块等需要的东西.当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态.若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:
(1)实验时为了保证滑块(质量为M)受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,实验时首先要做的步骤是。
(2)某同学在实验时用电磁打点计时器打了一条理想的纸带,他按要求选取计数点后,在测量各相邻两计数点间的距离时不慎将纸带撕成了几段,如图所示,但他知道甲、乙属于同一纸带,则丙、丁、戊中属于上述纸带的是__________。
(3)另一位同学平衡摩擦力后,改变砝码盘中砝码的数量,多次重复测量,在某次实验中根据测得的多组数据可画出a—F关系图线(如图所示).此图线的AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是()
A.小车与轨道之间存在摩擦B.导轨保持了水平状态
C.砝码盘和砝码的总质量太大D.所用小车的质量太大
(4)如图所示的是小车做匀变速运动时打点计时器打出纸带的其中一段(有个别点较模糊或没有打出),该同学已经在纸带上取了两个计数点A、B并将一把毫米刻度尺放在纸带上,其零刻度线与计数点A对齐,已知打点计时器所使用的电源的频率为50Hz.根据纸带的数据,打点计时器打下计数点B时,物体的速度vB=______m/s,该物体的加速度a=m/s2。
【参考答案】
(1)平衡摩擦力;
(2)戊;(3)C;(4)0.15;0.81m/s2
【名师解析】
(1)沙和沙桶加速下降,处于失重状态,拉力小于重力,只有加速度较小时,可以认为滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,即T=mg,故需要m<<M;滑块受到的合力为F=T﹣f,要使合力等于拉力,可以将长木板的一端适当垫高,使重力的下滑分力与摩擦力平衡,即可保证拉力等于合力,即F=T;
(2)从甲乙两图中可读1与2的间距为3.65cm,2与3的间距为4.72cm,而小车在长木板上做匀加速运动,以此类推,3与4的间距为5.79cm,3与4的间距为6.86cm,接近6.99cm,故选戊。
(3)由图象OA段可知,a与F成正比,即:
在小车质量一定时,加速度a与小车受到的合力F成正比;
以小车与钩码组成的系统为研究对象,系统所受的合外力等于钩码的重力mg,由牛顿第二定律得:
mg=(m+M)a,小车的加速度
,小车受到的合力
,当
时,可以认为小车受到的合力等于钩码的重力,如果钩码的质量太大,则小车受到的合力小于钩码的重力,实验误差较大,a-F图象偏离直线,故C正确.
(4)A、B间的距离为1.05cm,在B点后依次取下一个相邻的计数点C、D、E,对应的刻度尺上的读数为3.05cm、5.75cm、9.32cm,相邻的计数点时间间隔为0.1s。
打点计时器打下计数点B时,物体的速度
根据运动学公式推论
采用逐差法得出:
=
2.(8分)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=200g,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10g、20g、50g和100g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______________________________________________________。
【参考答案】
(1)D
(2)10g(3)
(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;或平衡摩擦力时倾角不够(两者答出任意一个都给分)(每空2分,共8分)
【名师解析】
(1)由于运动过程中纸带与打点计时器间也有摩擦,可以通过重力的分力一起平衡。
平衡以后,挂上钩码,此时细绳对小车的拉力就是小车所受的合外力。
另外小车是否做匀速运动,可以通过打在纸带上点的分布作出判断,比肉眼看更方便可靠。
所以选项ABC错误,选项D正确。
(2)只有在加速度足够小时,即钩码的质量远小于小车的质量时,细绳中拉力的大小才近似等于钩码的重力,所以应选10g的钩码。
(3)因为打点周期为T,相邻2个计数点间还有4个点未画,所以3到5计数点间的时间间隔为10T,打计数点4时的速度为
,在打计数点0到4的过程中小车的动能增量为
。
(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,用mgx来表示合外力对小车做的功比真实值大。
如果平衡摩擦力时倾角不够,则小车所受到的合外力比mg小,所以用mgx来表示合外力对小车做的功也会比真实值偏大。
3.(6分)(2019湖北名校联盟三模)某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”,设计了如下实验,他的操作步骤是:
a.连接好实验装置如图所示.
b.将质量为200g的小车拉到打点计时器附近,并按住小车.
c.在质量为10g、30g、50g的三种钩码中,他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上.
d.释放小车,打开打点计时器的电源,打出一条纸带.
(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条.经测量、计算,得到如下数据:
①第一个点到第N个点的距离为40.0cm.
②打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力,拉力对小车做的功为______J,小车动能的增量为________J.(注:
g取9.80m/s计算结果均保留3位有效数字)
(2)此次实验探究结果,他没能得到“恒力对物体做的功等于物体动能的增量”,且误差很大,显然,在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素.请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下,造成较大误差的主要原因有_________(至少写出两条原因):
【参考答案】
(1)②0.1960.100
(2)①小车质量没有远大于钩码质量
②没有平衡摩擦力 ③操作错误:
先放小车后开电源(任选其二)
【名师解析】
(1)从打下第一点到打下第N点拉力对小车做的功:
W=mgs=0.05×9.8×0.4J=0.196J;
小车的动能增量为:
△EK=
mv2=0.100J;
(2)该实验产生误差的主要原因一是钩码重力大小并不等于绳子拉力的
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