物理高考新素养总复习粤教版讲义第五章机械能实验五Word版含答案

实验五探究动能定理误差分析1.偶然误差：测量长度时会带来误差。减小误差的办法：(1)测距离时都应从第一个计数点0量起；(2)多测几次取平均值。2.系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔEk必定稍小于重力做的功WG。注意事项1.为减小误差，应重复多次实验，从中挑选出打点清晰的一条纸带进行测量。2.应尽可能减小各种阻力的影响，可采取如下措施：(1)应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。(2)打点计时器必须稳固安装在铁架台上，并且两个限位孔的中线要严格竖直，以减小纸带所受的摩擦力。(3)释放前将纸带拉至竖直且保证不与限位孔接触以减小纸带与限位孔间的摩擦。3.实验时必须是先接通电源，打点计时器正常工作后再放开纸带让重物下落。4.各点的速度不能用v＝gt来求解。热点一教材原型实验【例1】在利用打点计时器“探究外力做功与动能变化的关系”实验中，如果纸带上前面几个点比较密集，不够清晰，可舍去前面的比较密集的点，在后面取一段打点较为清晰的纸带，同样可以验证，如图1所示，取O点为计时起点，各点的间距已量出并标在纸带上，所用交流电的频率为50Hz，重物的质量为m。(g取9.8m/s2)图1(1)打A点时，重物下落速度为vA＝________，重物动能EkA＝________。(2)打F点时，重物下落速度为vF＝________，重物动能EkF＝________。(3)打点计时器自打出A点开始到打出F点，重物重力做功为________，动能的增加量为________。(4)根据纸带上提供的数据，在误差允许的范围内，重物从打点计时器打出A点到打出F点的过程中，得到的结论是_____________________________________。解析(1)vA＝eq\f(OB,2T)＝eq\f(（2.40＋2.79）×10－2,2×0.02)m/s≈1.30m/sEkA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝eq\f(1,2)m×1.302J≈0.85mJ。(2)vF＝eq\f(EG,2T)＝eq\f(（4.37＋4.76）×10－2,2×0.02)m/s≈2.28m/sEkF＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,F)＝eq\f(1,2)m×2.282J≈2.60mJ。(3)WG＝mghAF＝m×9.8×(2.79＋3.19＋3.58＋3.97＋4.37)×10－2J≈1.75mJ。ΔEk＝EkF－EkA＝2.60mJ－0.85mJ＝1.75mJ(4)因为在实验误差允许范围内WG＝ΔEk，所以重力对物体做的功等于物体动能的变化。答案(1)1.30m/s0.85mJ(2)2.28m/s2.60mJ(3)1.75mJ1.75mJ(4)在实验误差允许的范围内ΔEk＝WG，即重力对物体做的功等于物体动能的变化热点二实验拓展创新命题角度用验证牛顿第二定律的装置探究动能定理【例2】利用如图2所示的实验装置探究“恒力做的功与系统动能变化的关系”，已知小车质量为470g，打点计时器所用交流电的频率为50Hz，重力加速度g＝9.8m/s2。图2(1)挂小砂桶前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到___________________________________________________；(2)挂上30g的小砂桶，按实验要求打出的一条纸带如图3所示，选择某一点为0，之后依次每5个计时点取一个计数点，用刻度尺量出几个相邻计数点间的距离记录在纸带上，测得计数点“1”到计数点“6”之间的距离为18.00cm。由计数点“1”到计数点“6”的过程中，小砂桶所受重力做的功为__________J，小车和小砂桶系统动能的增加量为__________J。(计算结果保留3位有效数字)图3解析(1)为消除摩擦力的影响，可垫高木板右端，直至向左轻推小车，观察到纸带上各点间隔均匀。(2)由计数点“1”到计数点“6”的过程中，小砂桶所受重力做的功为mgs＝0.030×9.8×0.18J＝0.0529J。根据做匀变速直线运动的质点在一段时间内的平均速度等于这段时间的中间时刻的瞬时速度可得，打“1”点时小车的速度大小为v1＝eq\f(s02,2T)＝eq\f(1.68＋2.32,2×0.1)×10－2m/s＝0.2m/s;打“6”点时小车的速度大小为v6＝eq\f(s57,2T)＝eq\f(4.69＋5.31,2×0.1)×10－2m/s＝0.5m/s;小车和小砂桶组成的系统动能的增加量为ΔEk＝eq\f(1,2)(m＋M)veq\o\al(2,6)－eq\f(1,2)(m＋M)veq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)×0.5×0.52J－eq\f(1,2)×0.5×0.22J＝0.0525J。答案(1)纸带上各点间隔均匀(或小车做匀速直线运动)(2)0.05290.0525命题角度用气垫导轨探究动能定理【例3】(2019·湖北武汉调考)利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图4所示。图4实验主要步骤如下：①在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；②用游标卡尺测量遮光条的宽度d；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s；④将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F，从数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间Δt1,通过光电门2的时间Δt2；⑤用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M。回答下列问题：(1)以滑块(包含遮光条和拉力传感器)为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式__________________(用测量的物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理；(2)关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是________；A.理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度B.牵引滑块的细绳应与导轨平行C.需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响D.托盘和砝码的总质量m必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M解析(1)滑块经过两光电门的速度分别为v1＝eq\f(d,Δt1)、v2＝eq\f(d,Δt2)，对滑块运用动能定理有Fs＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2。(2)理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，A正确；牵引滑块的细绳应与导轨平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就在不停变化，其做功变为变力做功而导致无法计算，故B正确；本实验的研究对象是滑块，故不需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力做功，C错误；该实验细绳拉力直接可以用传感器测量，故托盘和砝码的总质量m不用必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M，D错误。答案(1)Fs＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2(2)AB

1.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5所示。图5(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和__________电源(填“交流”或“直流”)。(2)实验主要步骤如下：Ⅰ.实验时，为使小车所受合力等于橡皮筋的拉力，在未连接橡皮筋前将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，启动电源，轻推小车，得到的纸带应该是图6中的__________(填“甲”或“乙”)；图6Ⅱ.使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，沿木板运动，此过程中橡皮筋对小车做的功记为W；Ⅲ.再分别改用完全相同的2条、3条……橡皮筋作用于小车，每次释放小车时，除由静止释放外，还必须____________________(填写相应实验条件)，使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为W；Ⅳ.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、…。如图7所示是实验中打出的一条纸带，为了测量小车获得的最大速度，应选用纸带的__________部分进行测量；图7Ⅴ.只有一条橡皮筋时，作出W－v图象，则下列符合实际的图象是__________。(3)若该小组实验时在遗忘了步骤Ⅰ的情况下也完成了实验，那么当小车速度最大时，橡皮筋处于__________(填“伸长”或“原长”)状态。解析(1)电磁打点计时器接4～6V的交流电源，电火花计时器接220V的交流电源。因此需要交流电源。(2)为使小车所受合外力等于橡皮筋的拉力，实验前必须平衡摩擦力，木板倾斜合适的角度，启动电源，轻推小车，使小车做匀速直线运动，得到的纸带应该是点迹均匀的乙。分别改用完全相同的2条、3条……橡皮筋作用于小车，每次释放小车时除由静止释放外，还必须从同一位置释放，使得每次每条橡皮筋对小车做的功都为W。为了测量小车获得的最大速度，应选用纸带的点迹均匀部分即GJ(或HJ)部分进行测量；由动能定理有W＝eq\f(1,2)mv2，作出W－v图象，则符合实际的图象是D。(3)若该小组实验时在遗忘了步骤Ⅰ(即没有平衡摩擦力)的情况下也完成了实验，那么当小车速度最大时，橡皮筋拉力等于摩擦力，即橡皮筋处于伸长状态。答案(1)交流(2)乙；从同一位置释放；GJ(或HJ)；D(3)伸长2.(2019·湖北仙桃、天门、潜江三市模拟)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中，某小组采用如图8甲所示的装置。图8(1)关于此次实验下面说法合理的是__________。A.实验中若采取垫高木板一端作为平衡摩擦力的方法，改变小车质量重新做实验时必须重新平衡摩擦力B.实验中要调节滑轮的高低，使滑轮和小车之间的细线保持水平C.若使用沙桶和沙的总重力作为计算做功的恒力，用小车、沙桶和沙的总质量作为计算动能改变中的质量，实验中沙桶和沙的总质量必须远小于小车的质量D.若在小车前端加装力传感器，用传感器的示数作为做功的恒力，实验中沙桶和沙的总质量可以不必远小于小车的质量(2)某同学实验时测出了小车位移s，算出了与之对应的速度v，作出了v2－s图象如图乙所示，已知图线的斜率为k，则小车运动的加速度表达式为__________。解析(1)设小车的质量为M，此时木板与水平面的夹角为θ，当平衡摩擦力时重力沿斜面向下的分力等于滑动摩擦力，即Mgsinθ＝μMgcosθ，改变小车的质量M后，等式依然成立，故不需要重新平衡摩擦力，选项A错误；调节滑轮的高度，使牵引木块的细线与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，选项B错误；沙桶和沙减少的重力势能等于小车、沙桶和沙增加的动能之和，故实验中不需要沙桶和沙的总质量必须远小于小车的质量，选项C错误，在实验中可以用传感器测出细线拉力大小，不是将沙桶和沙的重力作为小车的拉力，故不需要满足沙桶和沙的总质量远小于小车的质量，选项D正确。(2)根据速度位移公式得v2－veq\o\al(2,0)＝2as，解得v2＝2as＋veq\o\al(2,0)，则斜率k＝2a，故a＝eq\f(k,2)。答案(1)D(2)a＝eq\f(k,2)3.某同学利用如图9甲所示的实验装置验证动能定理。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块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一装有适量细沙的易拉罐相连，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t，d表示遮光片的宽度，L表示A、B两点间的距离。滑块与导轨间没有摩擦力，用g表示重力加速度。图9(1)该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度，如图乙所示，遮光片的宽度d＝________cm。(2)该同学首先调整导轨倾角，让滑块恰好在A点静止。剪断细绳后，滑块开始加速下滑，则滑块受到的合外力的大小为________。(3)为验证从A到B的过程中滑块所受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)。解析(1)宽度d＝(11＋0.4)mm＝11.4mm＝1.14cm。(2)由于滑块恰好在A点静止，因此滑块所受重力沿斜面