高中一轮复习物理课时检测（二十八）探究动能定理（实验提能课）

课时检测(二十八)探究动能定理(实验提能课)1．(2018·山西晋城模拟)探究“功与物体速度变化的关系”的实验装置如图所示，下列说法不正确的是()A．在改变橡皮筋的条数时，橡皮筋伸长的长度必须一致B．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是用纸带上第一点到最后一点的距离进行计算C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带，纸带上打出的点两端密、中间疏，原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小D．本实验的目的是探究橡皮筋对小车做的功与小车的速度之间存在的关系解析：选B为了保证每条橡皮筋对小车做功相同，每次改变橡皮筋条数时，橡皮筋拉伸的长度必须要保持一致，选项A正确；本实验中小车先加速运动后匀速运动，所以要利用纸带上点迹均匀的部分，求出小车做匀速运动的速度，选项B错误；实验中如果没有平衡摩擦力或没有使木板倾斜或倾角太小，则会在小车获得最大速度后由于摩擦阻力影响导致速度减小，出现打出的点“两端密、中间疏”现象，选项C正确；本实验的目的是探究橡皮筋对小车做的功与小车的速度之间存在的关系，选项D正确。2．(2018·苏锡常镇高三模拟)图1是小明探究橡皮筋弹力做的功W与小车动能变化ΔEk间的关系的装置图，长木板放在水平桌面上，橡皮筋的两端分别与小车和挡板相连。实验中，通过增减橡皮筋的根数来改变弹力所做的功。(1)下列实验操作正确的是________。A．实验时，应先释放小车，然后接通电源B．增加橡皮筋根数时，应选取相同的橡皮筋C．每次应将小车拉到相同的位置由静止释放D．实验前应先平衡小车在木板上所受的摩擦力(2)图2是某次实验中的一条纸带，相邻计数点间时间T＝0.02s，为得到本次实验小车动能的变化，由纸带数据求得的小车速度v＝________m/s。(3)由实验数据画出的WΔEk图像如图3所示，小明认为由图像能得出“橡皮筋弹力做的功等于小车动能变化”的实验结论，你同意吗？________(填“同意”或“不同意”)。你的理由是_________________。解析：(1)本实验通过改变橡皮筋的根数来改变橡皮筋所做的功，设一根橡皮筋所做的功为W0，则n根相同的橡皮筋所做的功为W＝nW0，B项正确；为使每次每根橡皮筋所做的功相同，每次都应将小车拉到相同的位置由静止释放，C项正确；要使橡皮筋所做的功等于小车动能的变化，应先平衡小车在木板上所受的摩擦力，D项正确；实验操作时应先接通电源，后释放小车，A项错误。(2)为得到小车动能的变化应求出小车的最大速度，小车达到最大速度时做匀速直线运动，v＝eq\f(x,T)＝eq\f(1.8×10－2,0.02)m/s＝0.9m/s。(3)不同意，实验中不能测出橡皮筋弹力所做功的具体数据。答案：(1)BCD(2)0.9(3)不同意实验中不能测出橡皮筋弹力所做功的具体数据3．某学习小组利用如图所示的装置探究动能定理。(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x＝________cm。(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是___________________________________________________________________________。(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？________(填“是”或“否”)解析：(1)两光电门中心之间的距离x＝70.30cm－20.30cm＝50.00cm。(2)由于该实验探究的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。(3)由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。答案：(1)50.00(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量(3)否4．(2018·长沙模拟)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，通过跨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________(选填“是”或“否”)要求钩码总质量m远小于滑块质量M。(2)测得A、B之间的距离为L，则验证动能定理的表达式为______________(用已知物理量的符号表示)。(3)为减小实验误差，可采取的方法是()A．增大A、B之间的距离 B．减小钩码的总质量C．增大滑块的质量 D．减小遮光条的宽度解析：(1)滑块受到的拉力直接通过拉力传感器测量，与小车和钩码质量大小关系无关，故不需要钩码总质量m远小于滑块质量M。(2)由于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间很短，遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则滑块通过B点的瞬时速度v＝eq\f(d,Δt)，动能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)Mv2＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2，拉力对滑块做功W＝FL，所以本实验中验证动能定理的表达式为FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2。(3)由FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2可知，实验误差主要来自长度的测量和速度的测量，因此增大A、B之间的距离或减小遮光条的宽度均可减小实验误差。答案：(1)否(2)FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2(3)AD5．(2018·南京、盐城高三模拟)如图所示，某研究性学习小组为探究“物体的动能与速度关系”设计了如下实验：平直轨道B固定在水平桌面上，弹射装置A固定于轨道上，小球被劲度系数较大的压缩弹簧弹出后从轨道端点O滑出做平抛运动落到地面。已知弹簧的弹性势能的表达式为Ep＝eq\f(1,2)kx2，式中的k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量。(1)为减少实验误差，弹射装置距离轨道端点O应该________(选填“近些”或“远些”)。(2)要探究动能与速度的关系，实验中是否一定要测量桌面的高度，________(选填“是”或“否”)。(3)在实验过程中改变弹簧的压缩量x，并测出与其对应的小球做平抛运动的水平位移s。实验数据如下表所示。次数12345x(cm)1.02.03.04.05.0s(m)0.320.650.951.081.60在坐标系中根据已描出的点作出合理的图线。(4)根据(3)中所作出的图像，可以得出动能Ek与速度v的关系：________。请简要说明理由______________________________________。解析：(1)为了减小摩擦力做功带来的误差，弹射装置距离轨道端点O应该近些。(2)实验中桌面的高度一定，小球离开端点O后做平抛运动的时间一定，由平抛运动的规律可知，小球做平抛运动的水平位移与小球的速度成正比，即可通过水平位移来探究动能与速度的关系，实验中不需要测量桌面的高度。(3)作过原点的倾斜直线，让各点均匀分布在直线两侧，如图所示。(4)动能Ek与速度的平方v2成正比。根据机械能守恒定律eq\f(1,2)kx2＝Ek，由平抛运动公式得v2＝s2·eq\f(g,2h)。由实验数据得x与s成正比，x2与s2成正比，则x2与v2成正比，故Ek与v2成正比。答案：(1)近些(2)否(3)见解析图(4)Ek∝v2或者Ek＝kv2理由见解析6．(2017·北京高考)如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。(1)打点计时器使用的电源是________(选填选项前的字母)。A．直流电源 B．交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是________(选填选项前的字母)。A．把长木板右端垫高 B．改变小车的质量在不挂重物且________(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。A．计时器不打点 B．计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，如图2所示。实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg。从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝________，打B点时小车的速度v＝________。(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做出如图3所示的v2­W图像。由此图像可得v2随W变化的表达式为________。根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是________。(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2­W关系的是________。解析：(1)打点计时器使用的电源是交流电源，故选B。(2)实验中，平衡摩擦力和其他阻力时，应先不挂重物，把长木板右端适当垫高，在小车后面挂上纸带，接通电源，在打点计时器打点的情况下，轻推一下小车，给小车一个初速度，若小车拖着纸带做匀速运动，则表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。(3)实验中，可认为小车所受的拉力F大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝Fx2＝mgx2。在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度，故v＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(x3－x1,2T)。(4)根据图线，关系式写为v2＝kW＋b，在直线上取两点，如(1.4×10－2,0.07)(8×10－2,0.38)，代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v2＝4.7W。把功的单位用基本单位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为kg－1，故与图线斜率有关的物理量应是质量。(5)若重物质量m不满足远小于小车质量M，则绳子对小车的拉力实际不等于重物