专题12 实验-探究动能定理（解释版）-备战期末高一物理

试卷第=page22页，共=sectionpages33页专题12实验—探究动能定理一、实验题1．（22-23高一下·黑龙江牡丹江·期末）某实验小组的同学采用图甲所示的装置（实验中，小车碰到制动装置时，钩码未到达地面）来“探究恒力做功与动能改变的关系”。图乙是实验中得到的一条纸带，点O为纸带的起始点，A、B、C、D、E是纸带上的五个连续的计数点，相邻两个计数点间均有4个点未画出，用刻度尺测得五个点到O的距离如图乙所示。已知所用交变电源的频率为50Hz，则：（g取10m/s2）（1）打B、D两点时小车的速度分别为vB=m/s，vD=m/s。（结果保留两位有效数字）（2）若钩码的质量m=250g，小车的质量M=1kg，则从B至D的过程中，根据实验数据计算的合力对小车做的功W=J，小车动能的变化ΔEk=J。（结果保留两位有效数字）（3）由实验数据，他们发现合外力做的功与小车动能的变化有一定的偏差，产生误差的原因可能是：。（至少说出一条）【答案】0.601.00.400.32未完全平衡摩擦力【详解】（1）[1][2]小车做匀变速直线运动，而对于匀变速直线运动，其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，则可得（2）[3]合力对小车做的功为[4]动能的变化量为（3）[5]实验过程中，未完全平衡摩擦力，拉力与摩擦力所做的总功等于小车动能的变化，造成误差。2．（22-23高一下·山西运城·期末）某实验小组用如图甲装置来探究“小车所受合外力做的功与小车的动能改变量的关系”。实验的部分步骤如下：①按如图甲安装实验装置，砂桶通过细绳绕过定滑轮与小车连接，保证斜面上方的细线与斜面平行，使小车靠近打点计时器。②将砂桶中倒入适量的细砂，接通电源，轻推小车，小车能沿斜面匀速上滑。③读出拉力传感器的求数F1=2.0N，断开电源。④换上另一条纸带，再往砂桶中倒入适量的细砂，接通电源，由静止释放砂桶，小车沿斜面加速上滑。⑤读出拉力传感器的示数F2，断开电源，取下纸带。⑥重复以上步骤④⑤，得到多条纸带。该小组选取理想的纸带，对应的拉力传感器示数F2=4.0N，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，各计数点与O点距离如图乙所示，已知小车和拉力传感器的总质量M=2.0kg，取重力加速度为g=10m/s2。（计算结果均保留两位有效数字）（1）将砂桶中倒入适量的细砂，轻推小车，使小车沿斜面匀速上滑，这样做的目的是。（2）小车从O点到E点加速上滑过程中，合外力对小车做的功为J；在E点时小车的动能J。（3）假如实验中所使用电源频率低于正常值，则测得的小车的动能Ek与真实值相比会（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。【答案】测出小车和传感器重力沿斜面向下的分力和摩擦力的合力大小0.920.90偏大【详解】（1）[1]将砂桶中倒入适量的细砂，轻推小车，使小车沿斜面匀速上滑，这样做的目的是测出小车和传感器重力沿斜面向下的分力和摩擦力的合力大小。（2）[2][3]小车从O点到E点加速上滑过程中，合外力对小车做的功为在E点时小车的速度在E点时小车的动能为（3）[4]假如实验中所使用电源频率低于正常值，则代入计算周期比实际周期偏小，测得的小车的速度偏大，测得的小车动能Ek与真实值相比会偏大。3．（22-23高一下·安徽滁州·期末）某同学用图中所示的实验装置验证动能定理，具体实验步骤如下：A．按图甲所示安装器材，调整垫块的位置，使长木板的倾角大小适当B．接通电源，调整小盘中沙子的质量，轻推滑块，使滑块恰好能匀速下滑C．取下细线和小盘，用天平测出小盘和盘中沙子的总质量m和滑块的质量MD．保持长木板的倾角不变，接通电源，由静止释放滑块，打出一条纸带E．改变长木板倾角，重复上述实验步骤已知打点计时器所用的交流电源的频率是50Hz，重力加速度。（1）取下细绳和小盘后，滑块下滑过程中受到的合外力F（选填“大于”、“小于”、“选大于”、“远小于”或“等于”）mg；（2）在某次操作中，测出m＝40g、M＝140g，打出的纸带如图乙所示，图中每隔4个点选取一个计数点，相邻计数点之间的距离已经标注在纸带上（单位：cm），则打下B点时滑块的速度为m/s，打下F点时滑块的速度为m/s，从打下B点到打下F点的过程中，滑块受到合外力做的动W＝J，滑块动能的变化量J。（结果均保用3位有效数字）【答案】等于0.7001.800.1960.193【详解】（1）[1]轻推滑块，使滑块带动小盘匀速运动，滑块所受合力为零，滑块受到的重力沿斜面向下的分力与滑动摩擦力的合力大小等于小盘及盘内沙子的总重量，撤去小盘后，滑块所受合力等于小盘和盘中沙子的总重力，即F=mg（2）[2]打点计时器所用的交流电源的频率是50Hz，打点计时器打点时间间隔每隔4个点选取一个计数点，相邻计数点间的时间间隔打B点时滑块的速度[3]打F点时滑块的速度[4]BF间的距离从打下B点到打下F点的过程中，滑块受到合外力做的功[5]滑块动能的变化量4．（22-23高一下·湖南湘潭·期末）某同学用如图所示的“探究平抛运动的运动规律”的实验装置测量小球从轨道末端抛出的初动能，具体步骤如下：（1）用天平测出小球的质量m；（2）竖直木板上固定背景方格纸，将小球从高度h处释放，使用频闪照相机（每隔相等时间T拍一次照片）拍摄小球在空中的位置。如图所示为小球运动的频闪照片的一部分，图中背景小方格的边长表示实际长度为d，重力加速度为g，那么：（均用题中字母表示）①照相机的频闪周期T=；②小球的初动能E=；（3）若测出的小球的初动能偏小，则可能的原因是。A．当地的重力加速度小于gB．轨道末端偏离水平方向C．木板上端向内侧倾斜【答案】AB【详解】（2）①[1]根据平抛运动竖直方向的运动规律有解得②根据水平方向的运动规律有小球的初动能E=（3）[3]A．根据初动能的表达式可知若当地的重力加速度小于g，则测量值偏小，故A正确；B．轨道末端偏离水平方向，根据速度的分解可知测量值偏小，故B正确；C．木板上端向内侧倾斜对小球初速度的测量值无影响，故C错误；故选AB。5．（22-23高一下·云南文山·期末）某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置“探究动能定理”。在气垫导轨上安装了两光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮、轻质动滑轮与弹簧测力计相连。实验时测出遮光条的宽度d，滑块和遮光条的总质量M，钩码质量m。（1）完成下列实验步骤中的填空：①用刻度尺测量遮光条的宽度d，两个光电门之间的距离L如图乙所示，则L=cm；

②按图甲所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；③实验时要调整气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接通气源，轻推滑块，如果，则表示气垫导轨已调整至水平状态；④挂上钩码后，接通气源，再放开滑块，记录弹簧测力计的示数F，遮光条通过光电门1的时间为，遮光条通过光电门2的时间为，求出滑块动能的变化量；⑤改变钩码的质量，重复步骤“④”，求在不同合力作用下滑块的动能变化量。（2）对于上述实验，下列说法正确的是。A．弹簧测力计的读数为B．弹簧测力计的读数等于滑块所受合外力C．实验过程中钩码处于失重状态D．钩码的总质量m需满足远小于滑块的质量M（3）也可以通过多组实验数据，做出的图像，若图像斜率k=，说明在误差允许的范围内动能定理成立。【答案】23.00滑块经过两个光电门的时间相等BC/CB【详解】（1）[1]刻度尺精确度为0.1cm，还需估读一位，为23.00cm；[2]轻推滑块，如果滑块经过两个光电门的时间相等，则表示气垫导轨已调整至水平状态。（2）[3]A．分析发现，钩码向下加速运动，处于失重状态，根据牛顿第二定律有所以有故A错误；BD．由于钩码挂在动滑轮上，所以细绳两端张力大小相等，因此弹簧测力计上的示数即为滑块受到的合外力，所以不需要满足钩码的总质量m远小于滑块的质量M，故B正确，D错误；C．实验过程中，钩码向下加速度运动，加速度向下，因此可知钩码处于失重状态，故C正确。故选BC。（3）[4]若满足动能定理，根据动能定理可得变式得则可知斜率为6．（22-23高一下·辽宁铁岭·期末）某兴趣小组利用DIS实验系统测量大理石滑块与长木板间的动摩擦因数。步骤如下：（1）用游标卡尺测量自制挡光片的宽度d.（2）如题图，将挡光片固定在滑块上，在倾斜放置的长木板上A、B两点安装光电门，测出长木板与水平桌面的夹角。（3）将滑块从某一位置由静止释放。记录挡光片分别通过光电门A、B的时间和，滑块通过A点的速率为,（用题给物理量符号表示），为了求出动摩擦因数，还需要测量的物理量是。滑块在长木板上运动的加速度为（用题给物理量符号表示）.【答案】光电门A、B的间距L【详解】（3）[1][2][3]记录挡光片分别通过光电门A、B的时间和，滑块通过A点的速率为通过B点速率根据所以为了求出动摩擦因数，还需要测量的物理量是两光电门间距L。联立以上各式可得，滑块在长木板上运动的加速度为a=7．（22-23高一下·山东青岛·期末）青岛二中物理兴趣小组设计了一个实验，利用汽车空挡（无动力）在斜面上滑行验证动能定理。校园内北侧马路有个较长的平直斜坡，由指导教师驾驶车辆，车内同学手持可同时显示位置、速度的北斗导航接收器，另外的同学持摄像机拍摄接收器，后期通过录像回放提取的数据如表格所示。已知汽车的总质量为1.6t，斜坡角度约为10°（取，）。请回答下列问题。位移m速度m/s速度平方m2/s20.00.000.002.01.692.877.03.119.6815.04.6421.5220.05.3929.0432.06.8146.32（1）汽车空挡下滑过程中阻力有、（写出不少两个）。（2）以位移为横坐标，速度和速度平方为纵坐标，通过描点并用平滑曲线连接各点，得到两个运动图线。（3）通过v2-x图像，可得恒力作用下物体速度的平方与通过的位移成（正比、反比或无关）。（4）根据以上数据，本此实验中汽车所受的总阻力约为N。（结果保留两位有效数字）【答案】汽车与斜坡的摩擦力空气阻力正比1.6×103【详解】（1）[1][2]汽车空挡下滑过程中阻力有汽车与斜坡的摩擦力、空气阻力。（2）以位移为横坐标，速度和速度平方为纵坐标，通过描点并用平滑曲线连接各点，得到两个运动图线，如图所示

（3）[3]通过v2-x图像，可得恒力作用下物体速度的平方与通过的位移成正比（4）[4]根据动能定理得解得根据图像得解得8．（22-23高一下·广东茂名·期末）某实验小组用如图所示的装来验证系统的动能定理，当地的重力加速度为g，主要实验步骤如下：A．用天平测量滑块与遮光条的总质量M以及钩码的质量m，调节气垫导轨成水平状态；B．将带有遮光条的滑块放在气垫导轨上，用跨过光滑定滑轮的细线拴接滑块和钩码，调节细线；C．将滑块由气垫导轨的左侧某个位置由静止释放，通过刻度尺读出释放点与光电门之间的距离L以及遮光条通过光电门的挡光时间；D．重复上述实验步骤得出多组实验数据．（1）下列说法正确的是（填标号）；A．实验过程中，钩码的重力做的功等于绳对滑块的拉力做的功B．需要调节细线与气垫导轨成平行状态C．为了完成该实验，还需要测量挡光片从释放点到光电门处的运动时间（2）若测得挡光条的宽度为d，则滑块经过光电门的瞬间速度为；（3）以为纵轴、以为横轴，当绘出的函数图像的斜率，就能验证系统的动能定理。【答案】B【详解】（1）[2]A．运动过程中由于钩码加速下降，故钩码的重力大于绳上的拉力，故钩码的重力做的功大于绳对滑块的拉力做的功，A错误；B．需要调节细线与气垫导轨成平行状态，避免形成垂直于气垫导轨的分力，确保绳上的拉力等于滑块受到的合力，B正确；C．据动能定理可得为了完成该实验，只要验证上式是否成立即可，不需要测量挡光片从释放点到光电门处的运动时间，C错误。故选B。（2）[2]若测得挡光条的宽度为d，则滑块经过光电门的瞬间速度为（3）[3]由（1）解析中动能定理的关系式可得以为纵轴、以为横轴，可得函数图像的斜率为就能验证系统的动能定理。一、实验题1．（22-23高一下·湖南益阳·期末）用如图所示的实验装置做“探究动能定理”实验。请补充完成下列实验步骤的相关内容。（1）用天平测得小车和遮光片的总质量为M、砝码盘的质量为m0；用刻度尺测得遮光片的宽度为d，按图所示安装好实验装置，用刻度尺测得两光电门之间的距离s。（2）在砝码盘中放入适量的砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等。（3）取下细线和砝码盘，记下（填写相应物理量及其符号）。（4）让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间和。（5）在步骤4中，小车从光电门A下滑至光电门B过程中合力做的总功W合=，小车动能变化量=（用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g），比较W合和的值，找出两者之间的关系。【答案】砝码质量m【详解】（3）[1]取下细线和砝码盘，记下砝码质量m。（5）[2]在步骤4中，小车从光电门A下滑至光电门B过程中合力做的总功W合=[3]遮光片先后经过光电门A和光电门B的速度分别为小车动能变化量2．（22-23高一下·四川成都·期末）小明和同学在实验室用如图甲所示的装置做“验证动能定理”的实验。（1）实验中，适当倾斜木板的目的是。（2）小明用托盘天平分别称出小车的质量为、托盘及所挂钩码的总质量为，并打出一条清晰的纸带（如图乙），纸带上相邻两个计数点间还有4个点未画出，打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，重力加速度大小取，他以小车为研究对象，分析纸带上B点到E点的数据，做了如下计算：①小车所受合外力做的功为J（保留2位有效数字）；②小车在B点、E点时的速度大小分别为m/s，m/s；（均保留2位有效数字）③小车动能的变化量为J（保留2位有效数字），实验发现与相差较大，其主要原因是。【答案】平衡摩擦力0.940.441.70.54小车与木板间的摩擦力没平衡掉【详解】（1）[1]实验中，适当倾斜木板的目的是平衡小车和木板间的摩擦力；（2）①[2]小车所受合外力做的功为②[3][4]纸带上相邻两个计数点间的时间间隔T=0.1s，则小车在B点、E点时的速度大小分别为③[5]小车动能的变化量为实验发现与相差较大，其主要原因是可能是小车与木板间的摩擦力没平衡掉。3．（22-23高一下·重庆长寿·期末）为了研究合外力做功和动能变化的关系，某同学采用如图所示的实验装置，由重物通过滑轮牵引小车，使小车做匀加速直线运动，小车运动的距离和速度可以由纸带测出。在实验中该同学想用重物的重力表示小车受到的合外力，为了减小误差，他采取了两项措施：①；②重物的质量必须（填“远远大于”、“等于”或“远远小于”）小车质量。【答案】平衡摩擦力远远小于【详解】①[1]想用重物的重力表示小车受到的合外力，首先应使绳子拉力等于小车的合外力，则首先应平衡摩擦力；②[2]平衡摩擦力后，设重物的质量为m，小车的质量为M，则绳子拉力为对小车与重物整体由牛顿第二定律有得联立有当时有4．（22-23高一下·湖南湘潭·期末）某同学利用验证牛顿第二定律的装置来验证动能定理，实验步骤如下：（1）测量小车、力传感器和挡光板的总质量为M，挡光板的宽度d；（2）水平轨道上安装两个光电门，测出两光电门中心间的距离s，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮，挂上砝码盘，实验首先保持轨道水平，小车通过光电门1和2的时间相等，此时小车做运动，力传感器的示数为；（3）增加砝码盘里砝码的质量，释放小车，力传感器的示数为F，小车通过光电门1和2的时间分别为和，则小车受到的合外力为（用“F、F0”表示）；（4）已知重力加速度为g，若要验证动能定理，需要验证的关系为。【答案】匀速直线【详解】（2）[1]小车通过光电门1和2的时间相等，此时小车做匀速直线运动；（3）[2]小车做匀速直线运动时有力传感器的示数为F时小车受到的合外力为（4）[3]若要验证动能定理，需要验证的关系为其中，联立解得5．（22-23高一下·江西赣州·期末）某实验小组利用拉力传感器、光电门等器材探究滑块“动能定理”的实验，实验装置如图所示，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并静止在A处，并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（含遮光板和拉力传感器）质量为M、钩码总质量为m、AB之间的距离为L，当地的重力加速度为g，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录下滑块在运动过程的拉力为F，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间分别为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、否）；（2）实验中还需要测量的物理量是（用文字及相应的符号表示）；（3）则本实验中探究滑块动能定理的表达式为（用以上对应物理量的符号表示）；（4）为减少实验误差，可采取的方法是。A．增大AB之间的距离L

B．减少AB之间的距离LC．增大遮光条的宽度d

D．减少遮光条的宽度d【答案】否遮光条的宽度dAD/DA【详解】（1）[1]拉力是直接通过传感器测量的，与小车质量和钩码质量大小关系无关，故不需要满足钩码总质量m远小于滑块质量M。（2）[2]为了计算滑块通过光电门时的速度，需要测量遮光片的宽度d。（3）[3]由于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间也很短，故遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则通，B点的速度拉力做功故本实验中探究动能定理的表达式为（4）[4]由公式可知，实验误差来自由长度的测量和速度的测量，故可以让AB之间的距离L增大或减小遮光片的长度。故选AD。6．（22-23高一下·四川成都·期末）在物理学研究中，通过理论推导得出的结论，常常还要经过实验的证明和实践的检验。某实验小组利用如图甲所示的装置进行实验来验证动能定理。（1）实验时，（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。（2）关于该实验，下列说法正确的一项是（填标号）。A．为减小误差，实验中一定要保证和砂桶的总质量远小于小车的质量B．若选用电火花打点计时器，则应选用6V的直流电源C．开始时小车靠近打点计时器放置，先接通电源，再由静止释放小车，打出纸带，同时记录力传感器的示数D．需要用天平测出砂和砂桶的总质量（3）某次实验时，小车的质量为，砂和砂桶的总质量为，力传感器的示数为，得到如图乙所示的无漏点纸带，O点是释放小车瞬间打下的点，已知打点计时器所接电源的打点周期为。打点计时器打下B点时小车的动能为（用题干及图乙中测得的部分物理量表示）；从打点计时器打下O点到打点计时器打下B点，细线的拉力对小车做的功为（用题干及图乙中测得的部分物理量表示）。在误差允许的范围内，若由实验得到，则动能定理得到验证。【答案】需要C【详解】（1）[1]利用图中装置，为了使两段绳子拉力的合力等于小车受到的合力，实验时需要平衡摩擦力。（2）[2]A．因力传感器可以测量细线上的拉力大小，实