專題（36）實(shí)驗(yàn)五　探究動(dòng)能定理（原卷版）

2021年高考物理一輪復(fù)習(xí)考點(diǎn)全攻關(guān)專題（36）實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理（原卷版）雙基過(guò)關(guān)：基本實(shí)驗(yàn)要求1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄抗εc物體速度變化的關(guān)系．2．實(shí)驗(yàn)原理如圖所示(1)一根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功為W.(2)兩根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為2W.(3)三根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為3W.(4)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求出小車離開(kāi)橡皮筋時(shí)的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系．3．實(shí)驗(yàn)器材橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘、刻度尺等．4．實(shí)驗(yàn)步驟(1)墊高木板的一端，平衡摩擦力．(2)拉伸的橡皮筋對(duì)小車做功：①用一條橡皮筋拉小車——做功W.②用兩條橡皮筋拉小車——做功2W.③用三條橡皮筋拉小車——做功3W.(3)測(cè)出每次做功后小車獲得的速度．(4)分別用各次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的v和W繪制W－v或W－v2、W－v3、……圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系．5．實(shí)驗(yàn)結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系W＝eq\f(1,2)mv2.基本實(shí)驗(yàn)方法1．實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡．方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到長(zhǎng)木板的一個(gè)合適的傾角．(2)測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)跡均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分．(3)橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的．力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值．(4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些．2．實(shí)驗(yàn)探究的技巧與方法(1)不直接計(jì)算W的數(shù)值，而只是看第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中的W是第1次的多少倍，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理．(2)作W－v圖象，或W－v2、W－v3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線.命題熱點(diǎn)一：教材原型實(shí)驗(yàn)INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INET【例1INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INET】某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)探究功與速度變化的關(guān)系．(1)下列關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法正確的是________．A．長(zhǎng)木板上有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端要適當(dāng)墊高，以平衡小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的摩擦力B．實(shí)驗(yàn)時(shí)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體值C．實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要完全相同D．應(yīng)先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出(2)在正確操作的情況下，該小組某次所打的紙帶如圖乙所示．為了測(cè)量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶上的________(填“AB”“BC”或“AC”)段進(jìn)行測(cè)量；若使用的交流電的頻率為50Hz，則小車最終獲得的速度是________m/s.INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INET【變式1INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INET】某同學(xué)利用如圖3所示的裝置探究做功與速度變化的關(guān)系．(1)小物塊在橡皮筋的作用下彈出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點(diǎn)記為M1；(2)在釘子上分別套上2條、3條、4條……同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致，重復(fù)步驟(1)，小物塊落點(diǎn)分別記為M2、M3、M4……；(3)測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．①為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能，需要測(cè)量下列物理量中的________(填正確答案標(biāo)號(hào))．A．小物塊的質(zhì)量mB．橡皮筋的原長(zhǎng)xC．橡皮筋的伸長(zhǎng)量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L②將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做功分別記為W1、W2、W3、……，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L(zhǎng)1、L2、L3、…….若功與速度的平方成正比，則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)、________為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線．③由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于______________(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)．命題熱點(diǎn)二：實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新1．裝置時(shí)代化↓創(chuàng)新點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新——利用重物牽引小車INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INET【例2INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INET】某實(shí)驗(yàn)小組學(xué)生采用如圖4甲所示的裝置(實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到一條紙帶后，通過(guò)分析“小車位移與速度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系”來(lái)研究“合外力對(duì)小車所做的功與速度變化的關(guān)系”．圖乙是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，點(diǎn)O為紙帶上的起始點(diǎn)，A、B、C是紙帶上的三個(gè)連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，用刻度尺測(cè)得A、B、C到O的距離如圖乙所示，已知所用交流電源的頻率為50Hz，問(wèn)：(1)打B點(diǎn)時(shí)刻，小車的瞬時(shí)速度vB＝________m/s(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)．(2)實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)畫(huà)出小車位移x與速度v的關(guān)系圖象如圖丙所示，根據(jù)該圖形狀，某同學(xué)對(duì)合外力做的功W與v的關(guān)系作出的猜想，肯定不正確的是________．A．W∝v2 B．W∝vC．W∝eq\f(1,v) D．W∝v3(3)本實(shí)驗(yàn)中，若鉤碼下落高度為h1時(shí)合外力對(duì)小車所做的功為W0，則當(dāng)鉤碼下落h2時(shí)，合外力對(duì)小車所做的功為_(kāi)_______．(用h1、h2、W0表示)創(chuàng)新點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新——利用光電門(mén)和氣墊導(dǎo)軌INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\左括.tif"INET【例3INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INET】某同學(xué)用氣墊導(dǎo)軌做“驗(yàn)證動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)，裝置如圖5甲所示，重力加速度為g，按要求完成下列問(wèn)題．(1)實(shí)驗(yàn)前先用游標(biāo)卡尺測(cè)出遮光條的寬度，測(cè)量示數(shù)如圖乙所示，則遮光條的寬度d＝________mm.(2)實(shí)驗(yàn)中需要的操作是________．A．調(diào)節(jié)螺釘，使氣墊導(dǎo)軌水平B．調(diào)節(jié)定滑輪，使連接滑塊的細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行C．滑塊與遮光條的總質(zhì)量M一定要遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量mD．使滑塊釋放的位置離光電門(mén)適當(dāng)遠(yuǎn)一些(3)按圖甲安裝并調(diào)節(jié)好裝置，開(kāi)通氣源，將滑塊從圖示位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間為Δt，則滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度為v＝________(用測(cè)得的物理量字母表示)．(4)若保持鉤碼質(zhì)量不變，改變滑塊開(kāi)始釋放的位置，測(cè)出每次釋放的位置到光電門(mén)的距離x及每次實(shí)驗(yàn)時(shí)遮光條通過(guò)光電門(mén)的時(shí)間Δt，通過(guò)描點(diǎn)作出線性圖象來(lái)反映合力的功與動(dòng)能改變量的關(guān)系，則所作圖象關(guān)系是________時(shí)才能符合實(shí)驗(yàn)要求．A．x－Δt B．x－(Δt)2C．x－(Δt)－1 D．x－(Δt)－2創(chuàng)新點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新——利用傳感器【例4】某實(shí)驗(yàn)小組利用圖6(a)所示實(shí)驗(yàn)裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)探究“外力做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系”．實(shí)驗(yàn)時(shí)將小車?yán)剿杰壍赖腛位置由靜止釋放，在小車從O位置運(yùn)動(dòng)到A位置(未標(biāo)出)過(guò)程中，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理得到了彈簧彈力與小車位移的關(guān)系圖線如圖(b)所示，還得到了小車在A位置的速度大小vA；另外用電子秤測(cè)得小車(含位移傳感器發(fā)射器)的總質(zhì)量為m.回答下列問(wèn)題：(1)小車從O位置運(yùn)動(dòng)到A位置過(guò)程中彈簧對(duì)小車所做的功W＝________，小車的動(dòng)能改變量ΔEk＝________.(用m、vA、FO、FA、xA中各相關(guān)物理量表示)(2)若將彈簧從小車上卸下，給小車一初速度v0，讓小車從軌道右端向左端滑動(dòng)，利用位移傳感器和計(jì)算機(jī)得到小車的速度隨時(shí)間變化的圖線如圖(c)所示，則小車所受軌道摩擦力的大小Ff＝________(用v0、tm中各相關(guān)物理量表示)(3)綜合步驟(1)、(2)，該實(shí)驗(yàn)所要探究的“外力做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系”表達(dá)式是________________(用m、vA、FO、FA、xA、v0、tm中各相關(guān)物理量表示)命題熱點(diǎn)三：實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新【例5INCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INETINCLUDEPICTURE"E:\\靳瑞騰\\2020\\物理通用\\5-8章\\word\\右括.tif"INET】如圖甲所示是探究“恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：①用天平測(cè)出滑塊(含滑輪)質(zhì)量M＝240g，并安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；②適當(dāng)墊高長(zhǎng)木板不帶滑輪的一端，滑塊不掛輕繩，掛上紙帶，輕推滑塊使滑塊沿長(zhǎng)木板勻速運(yùn)動(dòng)；③輕繩通過(guò)軌道末端的滑輪和滑塊上的滑輪，一端掛在拉力傳感器上，另一端掛質(zhì)量為m＝100g的鉤碼，兩輕繩與木板平行；④接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，釋放滑塊，打出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，如圖乙所示，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為0.1s，并記錄拉力傳感器示數(shù)F＝0.39N.回答下列問(wèn)題：(1)滑塊從B運(yùn)動(dòng)到D的過(guò)程中，合力對(duì)滑塊所做的功W＝________J，滑塊動(dòng)能的增量ΔEk＝________J；(計(jì)算結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(2)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)合力對(duì)滑塊所做的功W總略大于滑塊動(dòng)能的增量ΔEk，可能的原因是________．A．沒(méi)有滿足滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量B．平衡摩擦力過(guò)度C．滑輪摩擦影響(3)利用該實(shí)驗(yàn)裝置還可以完成的物理實(shí)驗(yàn)有：________(寫(xiě)出一種即可)．課時(shí)精練：1.某學(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出。(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、__________(填測(cè)量工具)和__________(選填“交流”或“直流”)電源。(2)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是()A．放開(kāi)小車，能夠自由下滑即可B．放開(kāi)小車，能夠勻速下滑即可C．放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D．放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是()A．橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)B．橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C．小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D．小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用圖中紙帶的________部分進(jìn)行測(cè)量。2.利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“恒力做的功與系統(tǒng)動(dòng)能變化的關(guān)系”，已知小車質(zhì)量為470g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz，重力加速度g＝9.8m/s2。(1)掛小砂桶前，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___________________________________________________________；(2)掛上30g的小砂桶，按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖所示，選擇某一點(diǎn)為0，之后依次每5個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，用刻度尺量出幾個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離記錄在紙帶上，測(cè)得