《2020版高考物理总复习 第八章 实验五 第2节练习（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理总复习 第八章 实验五 第2节练习（含解析）（130页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验五探究动能定理* 注意事项1.平衡摩擦力.由于我们用绳的拉力确定对小车做的功,因此应设法排除其他力的影响,实际操作中是采用把木板的一端垫高,用小车重力的分力和阻力平衡的方法来消除阻力的影响.2.尽量减小小车的加速度.因为砝码和小盘拉着小车加速运动时,砝码和小盘处于失重状态,小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力.为减小这一系统误差,应使小车的加速度尽量小,也就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远小于小车的质量.误差分析1.实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功认为是一样的,但实际上二者并不相同,这是因为砝码和小盘的总重力与绳的拉力是不一样的.2.在m M时,细绳的拉力近似等于
2、砝码和小盘的总重力;m越大,误差越大.因此实验中应使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量.(对应学生用书第104107页)命题点一常规实验【典例1】(2019宁夏银川一中月考)探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图(甲)所示,根据实验中力传感器读数和纸带的测量数据等可分别求得外力对小车做的功和小车动能的变化.(1)关于该实验,下列说法中正确的有.A.调整滑轮高度,使连接小车的细线与木板平行B.实验中要始终满足钩码的质量远小于小车的质量C.若纸带上打出的是短线,可能是打点计时器输入电压过高造成的D.平衡摩擦力时,调整垫块的高度,改变钩码质量,使小车能在木板上做匀速运动(2)除了图(甲)中注明
3、的器材外,实验中还需要交流电源、导线、刻度尺和.(3)某次实验中打出了一条纸带,其中一部分如图(乙)所示:若各个打出的点是连续的计时点,A,B,D,E,F各点与O点间的距离如图,设小车质量为m,打点周期为T,本次实验过程中力传感器的读数为F.则A到E过程外力做功W=,小车动能变化Ek=;在不同次实验中测得多组外力做功Wi和对应的动能变化Eki的数据,作出W-Ek图像如图(丙)所示,图线斜率约等于1,由此得出的结论是.解析:(1)实验中应使得连接小车的细线与木板平行,A正确;由于本实验中绳子的拉力可以通过力传感器读出,所以不需要始终满足钩码的质量远小于小车的质量,B错误;若纸带上打出的不是点,而
4、是短线,可能是因为振针过低,也可能是所加电压过高,使振幅过大,二者导致与纸带接触的时间过长,C正确;在平衡摩擦力时,在小车不悬挂钩码的情况下,调整垫块的高度,使得小车能在木板上做匀速直线运动即可,D错误;(2)因为要计算小车的动能,所以还需要测量小车的质量,故需要天平;(3)外力做功W=Fs=F(s4-s1),根据匀变速直线运动推论可知vA=,vE=,故动能变化量为Ek=m-m=,图线斜率约等于1,则=1,可得外力对物体做的功等于物体动能的增量.答案:(1)AC(2)天平(3)F(s4-s1) 外力对物体做的功等于物体动能的增量误区警示该实验虽然利用“验证牛顿第二定律”的实验装置来“验证动能定
5、理”,但当对小车的拉力能够确定时就不必把钩码质量远小于小车质量作为减小实验误差的条件.【典例2】(2018安徽省合肥市高三第三次质检)为了探究力对初速度为零的物体做功与物体获得速度的关系,某实验小组采用如图(甲)所示的装置进行实验.(1)实验小组按正确的操作,将木板一端倾斜来平衡摩擦力,打出三条纸带,其中符合实验要求的是(选填纸带的字母编号).(2)下列关于橡皮筋及其做功的说法正确的是.A.橡皮筋做功的值不需要测量B.增加规格相同的橡皮筋条数,使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加C.在小车运动的过程中,橡皮筋一直对其做功D.将橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍,橡皮筋做的功增加了两倍(3)在操作正确的前
6、提下,其中打出的一条纸带如图(乙)所示,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的部分进行测量;(4)在某次实验中,实验小组误将木板水平放置,小车在橡皮筋作用下由静止开始运动,当小车运动到某一位置,橡皮筋恰好处于原长状态,下列说法正确的是.A.此时小车速度最大B.此时小车加速度最大C.此后小车开始做匀速直线运动D.当小车速度最大时,橡皮筋一定处于拉伸状态解析:(1)纸带B的点迹均匀,说明小车匀速运动,平衡摩擦力,则符合实验要求的是纸带B;(2)实验中橡皮筋做功的值不需要测量,选项A正确;增加规格相同的橡皮筋条数,使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加,选项B正确;在小车运动的过程中,橡皮筋只是刚开始时对小
7、车做功,橡皮筋恢复原长后就不再做功,选项C错误;橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍,橡皮筋的伸长量不一定增大两倍,弹力也增大,但不一定是增大两倍,故橡皮筋做的功不一定增加两倍,选项D错误;(3)测量小车的速度时应该用纸带上点迹均匀的部分测量,即HI,HK或IK均可;(4)由于木板水平放置,可知小车与木板间有摩擦力,则当小车速度最大时,弹力等于摩擦力,此时橡皮筋一定处于拉伸状态,选项D正确.答案:(1)B(2)AB(3)HI,HK或IK均可(4)D方法技巧(1)用橡皮筋做“探究动能定理”的实验时,不是得出力做功与物体动能变化的关系,而是得出W与v2的线性关系.(2)拉伸的橡皮筋对小车所做功的具体数值无
8、需知道,而是通过改变橡皮筋的条数以倍数改变的方式实现的,因此,每次所用橡皮筋应相同,且被拉伸到同一位置.1.(2019甘肃甘谷一中考试)某探究学习小组的同学试图以图中的滑块为对象验证“动能定理”,他们在实验室组装了如图所示的一套装置,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、小木块、细沙.当连上纸带,释放沙桶时,滑块处于静止.要完成该实验,你认为:(1)还需要的实验器材有.(2)实验时首先要做的步骤是,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条件是.(3)在上述的基础上,某同学测得滑块的质量M.往沙桶中装入适量的细沙,测得此时沙和沙桶的总质量
9、m.接通电源,释放沙桶,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(v1v2).则对滑块,本实验最终要验证的数学表达式为(用题中的字母表示).解析:(1)因为要求动能变化,所以需要求出速度,即根据纸带求速度,需要刻度尺测量长度,动能还和质量有关系,所以还需要天平测量质量.(2)为了保证滑块受到的合力等于细绳的拉力,首先需要平衡摩擦力;当Mm时,有细绳拉力Tmg,所以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远小于滑块的质量.(3)实验需验证拉力所做的功等于物体动能的变化量,故要验证的数学表达式为mgL=M-M.答案:(1)天平、
10、刻度尺(2)平衡摩擦力沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量(3)mgL=M-M2.(2019江南十校联考)如图(甲)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(乙)为某次实验中打出的纸带.(1)除了图(甲)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
11、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.物理量数据实验次数橡皮筋做的功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(m2/s2)1W1=W0.2000.21.001.002W2=2W0.2820.21.411.993W3=3W0.3000.21.502.254W4=4W0.4000.22.004.005W5=5W0.4580.22.245.02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
12、用表中的数据在如图(丙)所示的坐标系中作出相应的图像,以验证理论的正确性.解析:(1)要计算某点速度的大小,必须要测量纸带上点间的距离,除了题图中已给出的实验器材和电源外,还需要的器材是刻度尺.(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力.(3)小车最终做匀速运动,因此应选用相邻两点间隔相等的部分.(4)根据动能定理可知,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;以Wn为纵坐标,以为横坐标,用描点作图法作图,图像是过原点的直线,说明Wn.答案:(1)刻度尺(2)把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力(3)每
13、相邻两点之间距离相等(或点分布均匀)(4) 图像见解析命题点二创新实验实验装置图示创新角度分析2016全国卷,22(1)实验方案的改进:本实验是把探究功和动能变化关系的实验拓展为轻弹簧的弹性势能与动能变化关系.(2)实验器材的改进:将橡皮筋改为弹簧.2013全国卷,22(1)实验方案的改进:通过测量小球的动能间接测量弹簧的弹性势能.(2)数据处理的改进:利用给出的s-x图像,推出Ep与x的关系.2019福建厦门模拟(1)实验器材的改进:用传感器测绳子的拉力,用光电门测瞬时速度.(2)实验数据的改进:增加了测动摩擦因数.【典例3】 (2016全国卷,22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究,实
14、验装置如图(甲)所示:轻弹簧放置在光滑水平桌面上,弹簧左端固定,右端与一物块接触而不连接,纸带穿过打点计时器并与物块连接,向左推物块使弹簧压缩一段距离,由静止释放物块,通过测量和计算,可求得弹簧被压缩后的弹性势能.(1)实验中涉及下列操作步骤:把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是(填入代表步骤的序号).(2)图(乙)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果.打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.由M纸带所给的数据,可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为m/s.比较两纸带可知,(填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大.解析:(1)启动打点计时器前,应向左推物块使弹簧压缩,并测量弹簧压缩量,再把纸带拉直以减小因纸带受到摩擦力而产生的误差.实验时应先接通打点计时器的电源,再释放物块.故正确的操作顺序是.(2)物块脱离弹簧前,在弹簧弹力作用下沿光滑水平面加速运动,脱离弹簧后做匀速运动,故物块脱离弹簧时的速度即为匀速运动时的速度,由纸带数据可知vM= m/s=1.29 m/s.弹簧被压缩后的弹性势能转化成了物块的动能,由纸带数据知M纸带对应的物块最终的速度大,则动能也大,故对应的弹簧被压缩后的弹性
