备考2019年高考物理一轮专题：第23讲实验：探究动能定理

修改时间：2018-09-27 浏览次数：229 类型：一轮复习编辑

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一、填空题

1.
为验证动能定理，某同学设计了如下实验．将一长直木板一端垫起，另一端侧面装一速度传感器，让小滑块由静止从木板h高处（从传感器所在平面算起）自由滑下至速度传感器时，读出滑块经此处时的速度v，如图所示．多次改变滑块的下滑高度h（斜面的倾角不变），对应的速度值记录在表中：
下滑高度h/m
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
速度v/m•s^﹣1
0.633
0.895
1.100
1.265
1.414
要最简单直观地说明此过程动能定理是否成立，该同学建立了以h为纵轴的坐标系，你认为坐标系的横轴应该是，本实验是否需要平衡摩擦力（填“是”或“否”）．

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2. 探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度变化的关系，实验装置如图所示，实验主要过程如下：
⑴设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W
⑵分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v₁、v₂、v₃…；
⑶作出W﹣v草图；
⑷分析W﹣v图象，如果W﹣v图象是一条直线，表明w∝v；如果不是直线，可考虑是否存在w∝v₂、w∝v₃等关系．
以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是
A ．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W，所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W．
B ．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜．
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 ．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．

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二、实验探究题

3. 某同学做“探究功与速度变化的关系”的实验，如图所示，小车在一条橡皮筋的作用下弹出沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功为W。当用2条、3条…实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致，每次实验中小车获得的速度都由打点计时器所打的纸带测出。

（1）除了图中已有的器材外，还需要导线、开关、交流电源和-(填测量工具)。

（2）实验中小车会受到摩擦阻力，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，需要在(填“左”或“右”)侧垫高木板。

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4. 某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图1所示的探究物体加速度与物体质量、受力之间关系的实验装置．

（1）实验时，该同学想用钩码的重力表示滑块受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是和．

（2）如图2所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间距离已在图中标出，测出滑块的质量为M，钩码的总质量为m．从打B点到打E点的过程中，为达到实验目的，该同学应该寻找和之间的数值关系（用题中和图中的物理量符号表示）．

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5. 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、小木块、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）．

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6. 某同学采用如图1所示的装置进行“合外力做功和动能变化的关系”的研究。
a ．按图1把实验器材安装好，不挂沙桶，反复调节长木板左端高度，直到滑块能够做匀速直线运动；
b ．把细线系在滑块上并绕过定滑轮悬挂沙桶，接通电源，放开滑块，电火花计时器在被滑块带动的纸带上打下一系列点．从某点A开始依次取计数点B、C、D、…，每相邻计数点之间还有4个计时点未画出，沙和沙桶的总质量为100g；
c ．测量出B、C、D、…各点与A点的距离，分别记为 $\text{[math]}$ …；
d ．用沙和沙桶受到的总重力作为细线对滑块的拉力，分别乘以 $\text{[math]}$ …，得到合外力对滑块所做的功 $\text{[math]}$ …；
e ．求出B、C、D、…各点速度的大小，分别记为 $\text{[math]}$ …，再求出它们的平方 $\text{[math]}$ …；
f ．用纵坐标表示速度的平方 $\text{[math]}$ ，横坐标表示合外力对滑块所做的功W，作出 $\text{[math]}$ 图象，并在图象中描出（ $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ）坐标点，再连成图线；
请回答下列问题：（重力加速度 $\text{[math]}$ ，以下计算结果均保留两位有效数字）

（1）在步骤d中，该同学测得x₄=40.00cm，则合外力对滑块所做的功W₄=J；

（2）该同学得到的 $\text{[math]}$ 图象如图2所示．通过图象可知，打A点时对应滑块的速度v_A=m/s；

（3）滑块的质量M=Kg．

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7.
某同学利用图甲的实验装置做“探究动能定理“的实验．在尽量减小摩擦阻力的情况下，先接通打点计时器的电源，再释放纸带，让质量m=1.00kg的重物由静止下落，在纸带上打出一系列的点，如图乙所示，A、B、C分别为所选取的计数点，且0为开始打出的第一点，0A之间有若干点未标出，相邻计数数点的时间间隔为0.02s，重力加速度g取9.80m/s² ．

（1）释放纸带前，纸带的（选填“0“或“C“）端在上面；

（2）重物从0运动到B的过程中，动能的变化量△E=J（取两位有效数字）；

（3）请列举一种能有效减小实验误差的做法．

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8. 如图所示为“探究功与速度变化的关系”实验装置，让小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行，思考探究方案并回答下列问题。

（1）实验操作中需平衡小车受到的摩擦力，其最根本的目的是__________

A . 防止小车不能被橡皮筋拉动 B . 保证橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 C . 便于小车获得较大的弹射速度 D . 防止纸带上打点不清楚

（2）实验中甲乙两同学用两种不同的方法来实现橡皮筋对小车做功的变化。
甲同学：把多条相同的橡皮筋并在一起，并把小车拉到相同位置释放；
乙同学：通过改变橡皮筋的形变量来实现做功的变化。
你认为（填“甲”或“乙”）同学的方法可行，原因是：。

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9. 如图所示是某同学探究动能定理的实验装置．已知重力加速度为g，不计滑轮摩擦阻力．该同学的实验步骤如下：
a．将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，长木板旁放置两个光电门A和B，砂桶通过滑轮与小车相连．
b．调整长木板倾角，使得小车恰好能在细绳的拉力作用下匀速下滑．测得砂和砂桶的总质量为m．
c．某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动．
d．测得挡光片通过光电门A的时间为△t₁ ，通过光电门B的时间为△t₂ ，挡光片宽度为d，小车质量为M，两个光电门A和B之间的距离为L．
e．依据以上数据探究动能定理．

（1）根据以上步骤，你认为以下关于实验过程的表述正确的是．

A . 实验时，先接通光电门，后剪断细绳 B . 实验时，小车加速运动的合外力为F=Mg C . 实验过程不需要测出斜面的倾角 D . 实验时，应满足砂和砂桶的总质量m远小于小车质量M

（2）小车经过光电门A、B的瞬时速度为v_A=、v_B=．如果关系式在误差允许范围内成立，就验证了动能定理．

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10.
某实验小组采用如图所示的装置“探究恒力做功与物体动能变化的关系”．提供的实验器材：电火花打点计时器及纸带、砂桶、细砂、细线、小车及砝码、一端带滑轮的长木板及垫块．

（1）（多选）为完成此实验，还需要的器材是（填下列仪器前的字母代号）．

A . 天平 B . 秒表 C . 毫米刻度尺

（2）实验时，为了方便计算合力的功，使小车所受的合力大小等于砂和砂桶的总重力．为此，一方面要消除摩擦力的影响；另一方面还应使砂和砂桶的质量（选填“远小于”或“远大于”）小车和砝码的总质量．

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11. 某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，来定量探究绳子拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸纸带、刻度尺、钩码。组装的实验装置如图所示。

（1）若要完成该实验，必需的实验器材还有。

（2）平衡摩擦力后，当他挂多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快致使打出的纸带上点数较少，难以选到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方法。

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12. 在《探究功与物体速度变化的关系》实验时，小车在橡皮条弹力的作用下被弹出，沿木板滑行，实验装置如图所示．

（1）适当垫高木板是为了；

（2）通过打点计器的纸带记录小车的运动情况，观察发现纸带前面部分点迹疏密不匀，后面部分点迹比较均匀，通过纸带求小车速度时，应使用纸带的（填“全部”、“前面部分”或“后面部分”）；

（3）若实验作了n次，所用橡皮条分别为1根、2根…n根，通过纸带求出小车的速度分别为v₁、v₂…v_n ，用W表示橡皮条对小车所做的功，作出的W﹣v²图线是一条过坐标原点的直线，这说明W与v的关系是．

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13.
为了探究动能定理，一位同学设计了如图所示的实验装置．他先固定并调整斜槽，让末端O点的切线水平，再将一木板竖直放置并固定，木板到斜槽末端O的距离为s，使小球从斜槽上某一标记点由静止释放，若小球到达斜槽底端时下落的高度为H、小球从O点做平抛运动击中木板时下落的高度为y．

（1）假定斜槽光滑，小球由静止滑下到击中木板的过程中，满足动能定理的关系式为：．

（2）若斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ（只考虑滑动摩擦力，且小球与水平槽之间的摩擦不计），小球由静止滑下到击中木板的过程中，满足动能定理的关系式是：．

（3）改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，能得到多组关于H和y的数据，若以H为横坐标，从（1）、（2）中的关系式可知以为纵坐标，通过描点作图，能得到一条倾斜的直线．

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14. 某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化关系”的实验如图，图中小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为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，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。

（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）实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，则下面操作正确的是_________。

A . 放开小车，能够自由下滑即可 B . 放开小车，能够匀速下滑即可 C . 放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 D . 放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可

（3）若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，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 . 橡皮筋处于原长状态 B . 橡皮筋仍处于伸长状态 C . 小车在两个铁钉的连线处 D . 小车已过两个铁钉的连线

（4）在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的某部分进行测量，你认为下列选项中可能合理的是______。

A . BD B . AF C . GI D . AK

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下滑高度h/m	0.10	0.20	0.30	0.40	0.50
速度v/m•s^﹣1	0.633	0.895	1.100	1.265	1.414

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