2019屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第4章曲線運(yùn)動(dòng)萬有引力與航天實(shí)驗(yàn)5探究動(dòng)能定理習(xí)題新人教版.docx

第五章實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理1(2017北京卷)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是_B_(選填選項(xiàng)前的字母)。A直流電源B交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正確操作方法是_A_(選填選項(xiàng)前的字母)。A把長(zhǎng)木板右端墊高B改變小車的質(zhì)量在不掛重物且_B_(選填選項(xiàng)前的字母)的情況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測(cè)得A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功W_mgx2_，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v。(4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做如圖3所示的v2W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為_v24.7W，(4.5W5.0W均認(rèn)為正確)_。根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是_質(zhì)量_。(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2W關(guān)系的是_A_。解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是交流電源，故選B。(2)實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力和其它阻力時(shí)，應(yīng)先不掛重物，把長(zhǎng)木板右端適當(dāng)墊高，在小車后面掛上紙帶，接通電源，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的情況下，輕推一下小車，給小車一個(gè)初速度，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，則表明已經(jīng)消除了摩擦力和其它阻力的影響。(3)實(shí)驗(yàn)中，可認(rèn)為小車所受的拉力F大小為mg，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功WFx2mgx2。在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，故vB。(4)由題圖3可知，v2kW，斜率k，其單位為m2s2J1。又1J1Nm,1 N1kgms2，故1J1 kgm2s2，故J1kg1m2s2，因此斜率k的單位為，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量。(5)假設(shè)完全消除了摩擦力和其它阻力的影響，對(duì)由小車和重物組成的系統(tǒng)，其動(dòng)能增加量為Ek，考慮到我們按重力做功Wmgx，有EkW，即v2W，故A正確。2(2017江蘇卷)利用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。小車的質(zhì)量為M200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m10.0 g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50 Hz的交流電。(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到_小車做勻速運(yùn)動(dòng)_。(2)掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖2所示。選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)。用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離x，記錄在紙帶上。計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1_0.228_m/s。(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對(duì)小車做的功W。利用EkMv2算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量Ek。計(jì)算結(jié)果見下表。W/103J2.452.923.353.814.26Ek/103J2.312.733.123.614.00請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出EkW圖象。答案：(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ek總是略小于W。某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的。用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F_0.093_N。解析(1)掛鉤碼前，調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車，觀察到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)，表明此時(shí)已消除了摩擦力的影響。(2)打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1m/s0.228m/s。(3)根據(jù)題表格中的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖。(4)由于Wmgx，EkFx，則有Fmg0.019.8N0.093N。3(2017河北衡水中學(xué)調(diào)研)與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一樣，光電計(jì)時(shí)器也是一種研究物體運(yùn)動(dòng)情況時(shí)的常用計(jì)時(shí)儀器。如圖甲所示，a、b分別是光電門的激光發(fā)射和接收裝置?，F(xiàn)利用如圖乙所示的裝置探究滑塊所受外力做功與其動(dòng)能變化的關(guān)系。方法是：在滑塊上安裝一遮光板，把滑塊放在水平放置的氣墊導(dǎo)軌上(滑塊在該導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受阻力可忽略)，通過跨過定滑輪的細(xì)繩與鉤碼相連，連接好1、2兩個(gè)光電門，在圖示位置釋放滑塊后，光電計(jì)時(shí)器記錄下滑塊上的遮光板先后通過兩個(gè)光電門的時(shí)間分別為t1、t2。已知滑塊(含遮光板)質(zhì)量為M、鉤碼質(zhì)量為m、兩光電門間距為s、遮光板寬度為L(zhǎng)、當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。(1)用游標(biāo)卡尺(20分度)測(cè)量遮光板寬度，刻度如圖丙所示，讀數(shù)為_5.70_mm。(2)本實(shí)驗(yàn)想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合外力，為減小這種做法帶來的誤差，實(shí)驗(yàn)中需要滿足的條件是M_遠(yuǎn)大于_m(填“大于”“遠(yuǎn)大于”“小于”或“遠(yuǎn)小于”)。(3)計(jì)算滑塊先后通過兩個(gè)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式為v1，v2。(用題中所給字母表示)(4)本實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證滑塊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能定理的表達(dá)式為mgsM()2M()2。(用題中所給字母表示)解析(1)游標(biāo)卡尺的讀數(shù)為5mm0.0514mm5.70mm。(2)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)用牛頓第二定律得，mg(mM)a，解得a，則繩子的拉力TMa，當(dāng)mM時(shí)，鉤碼的重力才可以表示滑塊所受的合外力。(3)滑塊通過光電門時(shí)用平均速度表示瞬時(shí)速度，因此速度分別為、。(4)合外力做功為mgs，EkM()2M()2，因此表達(dá)式為mgsM()2M()2。4(2017云南曲靖一中模擬)物體在空中下落的過程中，重力做正功，物體的動(dòng)能越來越大。為了“探究重力做功和物體動(dòng)能變化間的定量關(guān)系”，某實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案為：利用電磁鐵控制小鋼球的起始下落；用刻度尺測(cè)量小鋼球的下落高度；用計(jì)時(shí)裝置測(cè)出小鋼球經(jīng)過光電門的時(shí)間，計(jì)算出小鋼球的速度；比較小鋼球受到的重力所做的功與小鋼球動(dòng)能變化之間的關(guān)系。(1)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了如下操作。用天平測(cè)定小鋼球的質(zhì)量為m0.25kg；用游標(biāo)卡尺測(cè)出小鋼球的直徑為d10.0mm；用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門的距離為L(zhǎng)80.40cm；實(shí)驗(yàn)時(shí)，電磁鐵先通電，讓小鋼球_吸附在電磁鐵的下端_；然后_斷開電磁鐵的電源_，小鋼球自由下落；在小鋼球經(jīng)過光電門的時(shí)間內(nèi)，計(jì)時(shí)裝置記下小鋼球經(jīng)過光電門所用時(shí)間為t2.50103s，則小鋼球經(jīng)過光電門時(shí)的速度可利用表達(dá)式vd/t進(jìn)行計(jì)算，此計(jì)算結(jié)果比小鋼球的實(shí)際速度_小_(填“大”或“小”)；計(jì)算得出重力做的功為_2.01_J，小鋼球動(dòng)能變化量為_2.00_J。(g取10m/s2，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(2)在本實(shí)驗(yàn)中的誤差來源：_空氣阻力，測(cè)量誤差，讀數(shù)誤差，計(jì)算速度值有誤差等(任寫兩條即可)_(至少寫出兩條)。解析(1)平均速度等于中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度，而實(shí)際速度應(yīng)該是中間位置的瞬時(shí)速度，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度小于中間位置的瞬時(shí)速度；重力做的功為WGmgL0.251080.400.01J2.01J，動(dòng)能變化量Ekmv22.00J。5(2017四川德陽(yáng)診斷)某實(shí)驗(yàn)小組“探究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”，他們將寬度一定的擋光片固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過一個(gè)定滑輪與砝碼盤相連，在水平桌面上的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)光電門，記錄小車通過A、B位置時(shí)的遮光時(shí)間，小車中可以放置砝碼。(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將木板左端略微抬高，使小車通過兩光電門的遮光時(shí)間相等，這樣做的目的是_平衡摩擦力_；用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片寬度為d，再用刻度尺測(cè)得A、B之間的距離為L(zhǎng)；將小車停在C點(diǎn)，在砝碼盤中放上砝碼，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄此時(shí)小車(含遮光片及車中砝碼)的質(zhì)量為M，砝碼盤和盤中砝碼的總質(zhì)量為m，小車通過A、B的遮光時(shí)間分別為t1、t2，已知重力加速度為g，則可得到A至B過程中小車所受合外力做的功為_mgL_，小車動(dòng)能的變化量為M()2M()2(用相應(yīng)的字母m、M、t1、t2、L、d表示)；在小車中增減砝碼或在砝碼盤中增減砝碼，重復(fù)的操作。(2)為使實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到預(yù)期效果，步驟中M、m應(yīng)滿足的條件是_M遠(yuǎn)大于m_。解析(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將木板左端略微抬高，使小車通過兩光電門的遮光時(shí)間相等，這樣做的目的是平衡摩擦力，使小車受到的拉力等于其合外力，細(xì)線的拉力對(duì)小車做的功等于合外力對(duì)小車做的功；從A至B過程中，小車所受合外力做的功等于砝碼盤和盤中砝碼的重力做的功，即WmgL，小車通過A時(shí)的速度vA，小車通過B時(shí)的速度vB，則小車從A到B過程中動(dòng)能的變化量EkM()2M()2。(2)只有當(dāng)M遠(yuǎn)大于m時(shí)，砝碼盤和盤中砝碼的重力才等于細(xì)線的拉力，即滿足M遠(yuǎn)大于m時(shí)可以用砝碼盤和盤中砝碼的重力做的功代替小車所受合外力做的功。6(2017江西師大附中期中)某同學(xué)用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置“探究小車動(dòng)能變化與合外力做功的關(guān)系”。圖中A為小車，連接在小車后面的紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B的限位孔，它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板上，C為彈簧測(cè)力計(jì)，P為重物，不計(jì)繩與滑輪的摩擦。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先接通電源再釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)。(1)該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上，從點(diǎn)跡清楚的某點(diǎn)開始記為O點(diǎn)，順次選取5個(gè)點(diǎn)，分別測(cè)量這5個(gè)點(diǎn)到O之間的距離，并計(jì)算出它們與O點(diǎn)之間的速度平方差v2(v2v2v)，填入表中：點(diǎn)跡s/cmv2/(m2s2)O/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23若測(cè)出小車質(zhì)量為0.2kg，結(jié)合如圖乙的圖象可求得小車所受合外力的大小為_0.25_N。(2)本實(shí)驗(yàn)中是否必須滿足重物P的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量_否_(填“是”或“否”)。(3)若該同學(xué)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)，明顯超出實(shí)驗(yàn)誤差的正常范圍。你認(rèn)為主要原因是