高考复习方案全国卷地区专用届高考物理一轮复习 实验5 探究动能定理 新人教版.docx

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高考复习方案全国卷地区专用届高考物理一轮复习实验5探究动能定理新人教版

实验5　探究动能定理

一、实验目的

探究外力对物体做功与物体动能变化（或速度变化）的关系，通过实验数据分析，总结出做功与物体速度二次方的正比关系．

二、实验器材

小车（前面带小钩）、100～200g的砝码、长木板（两侧适当的对称位置钉两个铁钉）、________________及纸带、低压交流电源及导线（使用电火花计时器时用220V交流电源）、5～6条相同的________________、毫米刻度尺．

　考点一　实验原理与数据处理

考向一　　　变力功探究

1探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图S51所示．实验过程中有平衡摩擦力的步骤，并且设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大，即分别为W0、2W0、3W0、4W0……

图S51

（1）实验中首先通过调整木板倾斜程度以平衡摩擦力，目的是________（填写字母代号）．

A．为了释放小车后小车能做匀加速运动

B．为了增大橡皮筋对小车的弹力

C．为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功

D．为了使小车获得较大的动能

（2）图S52是在正确操作情况下打出的一条纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一部分，已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度vm＝____________m/s（保留3位有效数字）．

图S52

（3）几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车获得最大速度vm的数据，并利用数据绘出了图S53给出的四个图像，你认为其中正确的是________．

图S53

式题如图S54所示是某研究性学习小组的同学做“探究橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条、…、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图S55为某次实验中打出的纸带．

图S54

图S55

（1）除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有________．

（2）实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是________________．

（3）每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的________________部分进行测量．

（4）下面是本实验的数据记录及数据处理表．

数据实验次数物理量

橡皮筋

做的功

Wn（J）

10个间隔

均匀的点

的距离

s（m）

10个间隔

均匀的点

的时间

T（s）

小车获

得的末

速度

vn（m/s）

小车获得

的末速度

的平方

v（m2/s2）

1

W1＝W

0.200

0.2

1.00

1.00

2

W2＝2W

0.282

0.2

1.41

1.99

3

W3＝3W

0.300

0.2

1.50

2.25

4

W4＝4W

0.400

0.2

2.00

4.00

5

W5＝5W

0.458

0.2

2.24

5.02

从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn∝________，请你运用表中的数据在如图S56所示的坐标系中作出相应的图像，以验证理论的正确性．

图S56

■注意事项

1．本实验中对小车做的功应该为合力做的功，实验中采用将木板倾斜的方法，使重力对小车做的功抵消摩擦力对小车做的功，则橡皮筋对小车的拉力做的功即合力对小车做的功．

2．小车的速度是橡皮筋做功结束时的速度，小车先加速后匀速，根据打点纸带可求解小车匀速运动的速度．

3．以一条橡皮筋拉动小车做的功为做功单位，作出橡皮筋对小车做的功W随小车获得的速度v变化的图像（Wv图像、Wv2图像、Wv3图像），分析图像探究橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度v之间的关系．

考向二　　　恒力功探究

2[2015·兰州高考实战]某同学为探究合外力做功与物体动能改变的关系，设计了如下实验，操作步骤为：

①按图S57甲摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.

②先接通打点计时器的电源（电源频率为f＝50Hz），然后释放小车，打出一条纸带．

图S57

（1）他在多次重复实验得到的纸带中选取出自认为满意的一条，如图乙所示，把打下的第一个点记作0，选取点迹清晰的三个相邻计数点标记为1、2、3（相邻计数点间还有4个点未画出），用刻度尺测得计数点1、2、3到0点的距离分别为d1＝25.6cm，d2＝36.0cm，d3＝48.0cm.他把钩码重力作为小车所受合外力（g取9.8m/s2），算出打下0点到打下点2过程中合力做功W＝______J，把打下点2时小车的动能作为小车动能的改变量，计算结果为______J．（结果保留三位有效数字）

（2）根据此次实验探究的结果，他并没能得到“合外力对物体做的功等于物体动能的增量”的结论，且误差较大．你认为产生这种情况的原因可能是________________________________________________________________________．（写出一条即可）

式题[2015·河北石家庄质量检测]某实验小组用如图S58甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功．实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动．图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图乙所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz.

图S58

（1）可以判断纸带的________（填“左端”或“右端”）与木块连接．根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度vA、vB，其中vA＝________m/s.（结果保留两位有效数字）

（2）要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还应测量的物理量是________．

A．木板的长度lB．木块的质量m1

C．木板的质量m2D．重物的质量m3

E．木块运动的时间tF．AB段的距离xAB

（3）在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的关系式为WAB＝________．（用vA、vB和第

（2）问中测得的物理量的字母表示）

　考点二　拓展实验创新

3某学习小组利用如图S59所示的装置验证动能定理．

图S59

（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s＝________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”）．

式题[2015·东莞模拟]利用如图S510甲实验装置探究外力做功与小球动能变化的定量关系．小钢球在重力作用下从静止自由下落至光电门，某同学实验如下：

图S510

A．用天平测定小钢球的质量为0.10kg

B．用游标卡尺测出小钢球的直径如图乙所示

C．用直尺测出电磁铁下端到光电门的距离为81.6cm（光电门处可看成一几何点）

D．电磁铁先通电，让小钢球吸在电磁铁下端

E．让电磁铁断电，小钢球自由下落

F．在小钢球经过光电门时，计时装置记下小钢球经过光电门所用的时间为3.00×10－3s

回答下列问题：

（g取10m/s2，计算结果保留三位有效数字）

（1）小钢球的直径为________cm；

（2）小钢球经过光电门时的平均速度为________m/s，其对应的动能为________J；

（3）本实验中小钢球重力做功应取下落的高度为______cm,其对应的重力做的功为________J；

（4）根据以上的数据得出本实验的结论为：

________________________________________.

1．[2015·山西晋城三模]探究“功与物体速度的关系”实验装置如图S511所示，以下说法不正确的是（　　）

图S511

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，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算

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，出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小

D．本实验是探究橡皮筋对小车做的功与小车的速度之间是否存在W∝v2关系

2．为了探究功与物体速度变化的关系，现提供如图S512所示的器材，请思考探究思路并回答下列问题：

图S512

（1）为了消除摩擦力的影响，应采取的措施：

______________________________________；

（2）在某次实验中某同学得到了如图S513所示的一条纸带，在B、C、D三个计数点中应该选用____________（选填“B”“C”或“D”）点的速度才符合实验要求，因为_________________________________________________________________________.

图S513

（3）本实验选用的纸带有明显的误差，这是由于________的原因造成的．

图S514

3．[2015·揭阳二模]某实验小组利用拉力传感器、光电门等器材探究动能定理．实验装置如图S514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，并通过绕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，钩码总质量为m，A、B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受到的拉力为F，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间为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）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）本实验中探究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A、B之间的距离L

B．减小A、B之间的距离L

C．增大遮光条的宽度d

D．减小遮光条的宽度d

4．[2015·宝安模拟]利用如图S515所示装置可以做力学中的许多实验．

图S515

（1）以下说法正确的是（　　）

A．利用此装置做“研究匀变速直线运动”的实验时，必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响

B．利用此装置探究“加速度与质量的关系”并用图像法处理数据时，如果画出的am关系图像不是直线，就可确定加速度与质量成反比

C．利用此装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响

（2）小华在利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”的实验时，因为不断增加所挂钩码的个数，导致钩码的质量远远大于小车的质量，则小车加速度a的值随钩码个数的增加将趋近于________的值．

5．[2015·辽宁沈阳模拟]某小组在“探究合力做功与动能改变的关系”的实验中，将力传感器固定在小车上，用不可伸