2022年物理第一輪復習題庫實驗五 探究動能定理

實驗五探究動能定理

實嬲基礎椅現緊抓教材夯實基礎

一'基本原理與操作

原理裝置圖操作要領

(1)平衡：墊高木板的一端，平衡摩擦力

(2)做功

①用一條橡皮筋拉小車——做功卬

打點計時器

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3IV

(3)小車：靠近打點計時器且接通電源再釋放

小車；每次小車須由同一位置由靜止彈出

(4)測速：測出每次做功后小車獲得的速度

二'數據處理

1.利用紙帶確定小車的末速度

(1)橡皮筋恢復原長時小車已勻速，故應利用紙帶上間距相等的部分計算小車

速度。

(2)利用計算小車的速度，為減小測量誤差，所選的范圍應盡量長些。

2.繪制圖象

分別用各次實驗的。和W繪出W—。，W—4,W—〃等關系圖象，直到作出的

圖象是一條傾斜的直線。

注意事項

⑴選點測速：測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小車做勻

速運動狀態(tài)的點。

(2)橡皮筋的選擇：橡皮筋規(guī)格相同。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單

位即可，不必計算出具體數值。

誤差分析

(1)誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮

筋的條數不成正比。

(2)沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差。

(3)利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差。

澳酚熱點突破I實驗熱點各個擊破

執(zhí)占

彳，，、八，、m教材原型實驗

命題角度?實驗原理與基本操作

［例1］某學習小組做探究“合力的功和物體速度變化的關系”的實驗，圖1

中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功記為

W。當用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實

驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實驗中小車獲得的速度

由打點計時器所打的紙帶測出。

⑴除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、___________(填測量工具)

和(選填“交流”或“直流”)電源。

(2)實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦阻力，

則下面操作正確的是()

A.放開小車，能夠自由下滑即可

B.放開小車，能夠勻速下滑即可

C.放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可

D.放開拖著紙帶的小車，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動，當小車速度最大時，關于

橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是()

A.橡皮筋處于原長狀態(tài)

B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)

C.小車在兩個鐵釘的連線處

D.小車已過兩個鐵釘的連線

(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的

速度，應選用圖2中紙帶的部分進行測量。

)

>.A.B..C..D...E..F,G?H,/?)

圖2

解析(1)為測量小車獲得的速度，必須用刻度尺來測量紙帶上點和點之間的距

離；打點計時器必須使用交流電源。

(2)平衡摩擦力時，也要平衡紙帶與限位孔之間的摩擦力。根據平衡狀態(tài)的特點，

小車做勻速運動時即平衡了摩擦力。

(3)若木板水平放置，則未平衡摩擦力。小車速度最大時，也就是加速度為零的

時刻，即橡皮筋對小車的拉力等于小車受到的摩擦力的時刻，此時橡皮筋處于伸

長狀態(tài)，小車還未到兩個鐵釘的連線處，B正確。

(4)應該選用紙帶上小車做勻速運動的部分進行測量，此時小車的速度最大，即

GK部分。

答案(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK

拓展訓練1某實驗小組用如圖3所示的實驗裝置和實驗器材做“探究做功與物

體速度變化的關系”實驗。在實驗中，該小組同學把沙和沙桶的總重力當做小車

受到的合外力。

帶有定滑輪的長木板紙帶接電源

⑴為了保證實驗結果的誤差盡量小，在實驗操作中，下面的做法必要的是

(填選項前的字母)。

A.實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作

B.實驗操作時要先釋放小車，后接通電源

C.在利用紙帶進行數據處理時，所選的兩個研究點離得越近越好

D.在實驗過程中要保證沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量

(2)除實驗裝置中的儀器外，還需要的測量儀器有o

(3)圖4為實驗中打出的一條紙帶，現選取紙帶中的A、8兩點來探究功與速度變

化的關系。已知打點計時器的打點周期為T,重力加速度為g。圖中已經標明了

要測量的物理量，另外，小車的質量為M，沙和沙桶的總質量為加。請你把要探

究的結果用題中給出的字母表達出來:___________________________________

3砰1?J

解析(1)實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作，以保證小車所受合外力恰好

是細線的拉力，故A正確；實驗操作時，若先放開小車，再接通打點計時器電

源，由于小車運動較快，可能打出來的點很少，不利于數據的采集和處理，故B

錯誤；在利用紙帶進行數據處理時，所選的兩個研究點離得越近則測量誤差越大，

故C錯誤；在實驗過程中要保證沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量，這樣才

能使得沙和沙桶的總重力近似等于細線對小車的拉力，故D正確。

(2)本題的實驗原理是驗證沙桶和沙的總重力做的功等于小車動能的增加量，所

以要測沙和沙桶的總質量、小車的質量，還要測紙帶上各點的距離來求速度，所

以所需的器材還應有天平和刻度尺。

(3)打A點時速度為。1=言，打B點時速度為02=有，所以動能變化量△￡'k=；Ms2

—一'32^—,而沙和沙桶的總重力做的功為WG=mgx,要探究的功

A/f(JO2—Xi?)

與速度變化的關系為mgx=-32T2。

-r--r-M

答案(1)AD(2)刻度尺、天平(3)"2gx=豆＞

命題角度?數據處理及誤差分析

【例2】(2019?江蘇卷，10)某興趣小組用如圖5所示的裝置驗證動能定理。

小車打點計時器

(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供實驗選用:

A.電磁打點計時器

B.電火花打點計時器

為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇(選填"A”或"B”)。

⑵保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔。

實驗中，為消除摩擦力的影響，在祛碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動。

同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除。同學乙認為還應從盤中取出適量沙

子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動。看法正確的同學是(選填

“甲”或“乙”)。

⑶消除摩擦力的影響后，在祛碼盤中加入祛碼。接通打點計時器電源，松開小

車，小車運動。紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖6所示。圖中紙帶按實際

尺寸畫出，紙帶上A點的速度以=m/so

圖6

(4)測出小車的質量為M,再測出紙帶上起點到A點的距離為L。小車動能的變

化量可用△反=少次需算出。祛碼盤中祛碼的質量為m,重力加速度為g。實驗中，

小車的質量應________(選填“遠大于”“遠小于”或“接近”)祛碼、祛碼盤和

沙子的總質量，小車所受合力做的功可用W=〃?gL算出。多次測量，若W與△耳

均基本相等則驗證了動能定理。

解析(1)電磁打點計時器打點計時時振針與紙帶之間的摩擦較大；電火花打點

計時器是電磁脈沖產生的電火花在紙帶上打點，紙帶所受阻力較小，故選B項。

(2)由于剛開始運動，拉力克服最大靜摩擦力，而最大靜摩擦力略大于滑動摩擦

力，故平衡摩擦力的兩種說法中，乙同學正確。

(3)取與A點相鄰的兩點。

用毫米刻度尺測出兩點之間的距離，如圖所示。

A

I--x—

用平均速度表示A點的瞬時速度，

x12.4X1Q-3

m/s=0.31m/So

VA=2T=2X0.02

(4)本實驗要驗證的表達式是mgL=^Mvl,用跌碼的重力表示拉力的前提是

m?Mo

答案⑴B(2)乙(3)0.31(0.30?0.33都算對)

(4)遠大于

拓展訓練2某實驗小組采用如圖7甲所示的裝置探究功與速度變化的關系。小

車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，打點計時器工作頻率為50Hz。

圖7

(1)為了消除小車運動過程中所受摩擦力的影響，調整時應將木板(選填

“左”或“右”)端適當墊高以平衡摩擦力。

(2)實驗中，某同學打出的一段紙帶如圖乙所示，相鄰兩計時點間距離依次為舫=

3.50cm、BC=3.80cm.CD=DE=EF=FG=GH=4.00cm,則勻速運動的速度

v=m/So

(3)根據多次測量的數據，畫出橡皮筋對小車做功卬與小車勻速運動的速度。的

關系如圖丙所示，根據圖線形狀猜想，W與。的關系可能為O

A.Ws@B.W80-1C.W^v2D.W°^v3

(4)改變橡皮筋的根數，若實驗中的所有操作和數據處理均無錯誤，則繪出的圖

線(圖中A"="-0,將一根橡皮筋對小車做的功記為1)應為過原點的一條直線,

但根據實驗結果得到的圖線如圖8所示，造成這一偏差的原因是

解析(1)小車是向右邊彈出，平衡摩擦力時應該將左端墊高使重力沿斜面向下

的分力與沿斜面向上的摩擦力平衡。

(2)由題目給的數據可知小車從C點到“點做勻速運動，則。=需=201"。

(3)圖丙中圖線的形狀與函數y=x"(n=2,3,4,…)的圖象吻合，故選項C、D

正確。

(4)從圖象截距可看出合外力不做功時，物體仍然會有速度，這表明平衡摩擦力

過度。

答案(1)左(2)2(3)CD(4)平衡摩擦力過度

熱占

命題角度?實驗裝置的創(chuàng)新——利用傳感器、光電門和氣墊導軌

［例3］某學習小組用圖9甲所示的實驗裝置探究“動能定理”。他們在氣墊

導軌上安裝了一個光電門B,滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導軌左

端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止

釋放。

光電門B遮光條

力傳感器、日滑堤

件型....\］A

鉤碼

甲

圖9

(1)某同學用游標卡尺測量遮光條的寬度d,如圖乙所示，則1=mm。

(2)下列實驗要求中不必要的一項是(請?zhí)顚戇x項前對應的字母)。

A.應使滑塊質量遠大于鉤碼和力傳感器的總質量

B.應使A位置與光電門間的距離適當大些

C.應將氣墊導軌調至水平

D.應使細線與氣墊導軌平行

⑶實驗時保持滑塊的質量M和A、8間的距離L不變，改變鉤碼質量〃?，測出

對應的力傳感器的示數尸和遮光條通過光電門的時間3通過描點作出線性圖象,

研究滑塊動能變化與合外力對它所做功的關系，處理數據時應作出的圖象是

(填寫選項前對應的字母)。

AJ-J圖象B.：一尸圖象

C.p-J圖象D.；一尸圖象

rI

解析(1)由題圖知d=2mm+6X0.05mm=2.30mm。

(2)拉力是直接通過力傳感器測量的，故A不必要；應使A位置與光電門的距離

適當大些，有利于減小誤差，故B是必要的；應將氣墊導軌調節(jié)水平，保持細

線與氣墊導軌平行，這樣拉力才等于合力，故C、D是必要的。

(3)根據牛頓第二定律F=Ma,滑塊通過光電門的速度為。=(根據運動學公式

〃=2以，代入可得出=2%,解得r=媒，所以處理數據時應做出的圖

IJV1ZLrr

象，故選C。

答案(1)2.30(2)A(3)C

命題角度?實驗方案的改進與創(chuàng)新

［例4］為了“探究動能變化與合外力做功的關系”，某同學設計了如下實驗

方案：

第一步：把長木板附有滑輪的一端墊起，把質量為M的滑塊通過細繩與質量為

機的帶夾子的重錘跨過定滑輪相連，重錘后連一穿過打點計時器的紙帶，調整木

板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動，如圖10甲所示。

第二步：保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下

細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源，釋放

滑塊，使之從靜止開始向下加速運動，打出紙帶，如圖乙所示。打出的紙帶如圖

丙所示。

圖10

請回答下列問題：

(1)已知。、A、B、C、D、E、F相鄰計數點間的時間間隔為加，。點為打點計

時器打下的第一點，根據紙帶求滑塊運動的速度，打點計時器打B點時滑塊運

動的速度內=o

(2)已知重錘質量為〃?，當地的重力加速度為g,要測出某一過程合外力對滑塊做

的功還必須測出這一過程滑塊(寫出物理量名稱及符號，只寫一個物理

量)，合外力對滑塊做功的表達式卬今=o

(3)算出滑塊運動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、

B、C、D、E各點的速度0,以方為縱軸、W為橫軸建立直角坐標系，描點作出

"―W圖象，可知該圖象是一條,根據圖象還可求得。

Yq-X\

解析(1)由打出的紙帶可知打B點時的速度為0B=-^—。

(2)由題知撤去重錘后，滑塊下滑時受到的合力等于重錘的重力，只要知道滑塊

下滑的位移x就可求得合力所做的功W=mgxa

(3)由動能定理得卬=%/。2,若描點作出°2一卬圖象，則其為一條過坐標原點的

2

傾斜直線，直線斜率女=比，故可求滑塊質量

答案(1)苴潦(2)下滑的位移xmgx(3)過原點的直線滑塊的質量M

拓展訓練3某同學為驗證“動能定理”設計了如圖11甲所示的實驗裝置：用一

個電磁鐵吸住一個小鋼球；當將電磁鐵斷電后，小鋼球由靜止開始向下加速運動;

小鋼球經過光電門時，計時裝置將記錄小鋼球通過光電門所用的時間3用游標

卡尺測出小鋼球的直徑d,用直尺測量出小鋼球由靜止開始下降至光電門時的高

度〃，當地的重力加速度為g,那么

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