高三物理一轮复习跟踪演练强化提升实验五探究动能定理

PAGE4-实验五探究动能定理跟踪演练·强化提升【基础题组】1.(2017·廊坊模拟)某同学做探究合力做的功和物体速度变化的关系的实验装置如图甲所示,小车在橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行。用1条橡皮筋时对小车做的功记为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。实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。(1)木板水平放置,小车在橡皮筋作用下运动,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.橡皮筋仍处于伸长状态B.橡皮筋恰好恢复原长C.小车紧靠着打点计时器D.小车已超过两个铁钉的连线(2)如图乙所示是某次操作正确的情况下,在频率为50Hz的电源下打点计时器记录的一条纸带,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的________(选填“A～F”或“F～I”)部分进行测量,速度大小为________m/s。(3)通过该实验的正确操作和正确处理数据,应该得出合力做的功W和物体速度v变化的关系是____________(用本问中的字母表达)。【解析】(1)平衡摩擦力后,橡皮筋的拉力等于小车受到的合力,橡皮筋做功完毕,小车的速度最大。若不进行平衡摩擦力操作,则当橡皮筋的拉力等于摩擦力时,速度最大,本题中木板水平放置,显然没有进行平衡摩擦力的操作,因此当小车的速度最大时,橡皮筋仍处于伸长状态,故B、C、D错误,A正确。(2)小车在橡皮筋的作用下做加速运动,橡皮筋做功完毕,则速度达到最大,此后做匀速运动,因此匀速时的速度,即为该过程中的最大速度,故为了测量小车获得的速度,应选用纸带点距均匀的部分进行测量,即F～I,所以速度为v=0.0152(3)由动能定理可知,合力做的功应等于物体动能的变化量,所以W与v2成正比,即W∝v2。答案:(1)A(2)F～I0.76(3)W∝v22.(2017·郑州模拟)某探究学习小组的同学欲验证“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、滑块、细沙。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)你认为还需要的实验器材有____________。(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是__________________________,实验时首先要做的步骤是

__________________________________________________。(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M,往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m,让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为____________________(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)。【解析】(1)实验要验证动能增加量和总功是否相等,故需要求出总功和动能,故还要天平和刻度尺。(2)沙和沙桶加速下滑,其对细线的拉力小于重力,设拉力为FT,根据牛顿第二定律得,对沙和沙桶mg-FT=ma,对滑块FT=Ma,解得FT=MmgM+m,故当m≪M时,有FT(3)合力做的功为mgL,实验探究合力做的功与动能变化的关系,所以本实验最终要验证的数学表达式为mgL=12M(v22答案:(1)刻度尺、天平(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)mgL=12M(v223.(2017·漯河模拟)某学习小组利用如图甲所示的装置验证动能定理。导学号42722125(1)将气垫导轨调至水平,安装好实验器材,从图乙中读出两光电门中心之间的距离s=______cm。合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决办法:

______________________。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)。A.在接通电源的同时释放了小车B.小车释放时离打点计时器太近C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力【解析】(1)要定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系,也就是验证mgx=12Mv2(2)分析小车受力可知,在平衡摩擦力的基础上,使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力,故D正确。(3)纸带上打出的点少,说明小车的加速度过大,故可以增加小车质量(在小车上加上适量的砝码)。(4)在此实验中,根据牛顿第二定律可知,钩码的重力大于细绳的拉力,而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量;如果实验未平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量,故选项C、D正确。答案:(1)刻度尺和天平(包括砝码)(2)D(3)在小车中增加适量砝码(4)C、D6.(2017·黄山模拟)某实验小组为了探究“功与动能变化的关系”,利用如图所示的装置,在竖直墙上的A点安装一个拉力传感器,用不可伸长的柔软轻绳一端与质量为1.00kg的小球C连接,另一端绕过定滑轮B(可以忽略滑轮大小)与传感器连接,定滑轮B与A点等高,BD为水平参考线,测出BC间绳长L=0.80m。实验中,使绳始终处于绷直状态,将小球从距离BD线高h处由静止开始释放,从拉力传感器记录的拉力变化图线中读出拉力的最大值为F。改变h的值,记录下相应的最大拉力F,取H=L-h,g取9.80m/s2,实验中得到的部分数据如表所示。h/m0.100.200.300.40…H/m0.700.600.500.40…F/N26.8824.4522.0019.56…(1)当H=0.60m时,小球的最大动能为________J,此过程中外力做功为________J。(2)实验结论是____________________________________________。(3)根据实验结论,推导出F与H之间的关系为______________________________________。【解析】(1)根据实验中得到的数据可知,H=0.60m,F=24.45N,小球运动到最低点时,动能最大,在最低点根据牛顿第二定律得F-mg=mv2L,Ek=12mv2,解得Ek=5.86