2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 實(shí)驗(yàn)5 探究動(dòng)能定理（含解析）

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1、2022年高考物理一輪復(fù)習(xí)方案 實(shí)驗(yàn)5 探究動(dòng)能定理（含解析） 1．在“探究恒力做功與物體的動(dòng)能改變量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材： A．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器； B．天平； C．秒表； D．低壓交流電源； E．電池； F．紙帶； G．細(xì)線、砝碼、小車、砝碼盤； H．薄木板． (1)其中多余的器材是________________，缺少的器材是___________________． (2)測(cè)量時(shí)間的工具是________________；測(cè)量質(zhì)量的工具是____________________． (3)如圖S5－1所示是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的小車(質(zhì)量為m)在恒力作用下做勻加速

2、直線運(yùn)動(dòng)的紙帶．測(cè)量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T.請(qǐng)分析：利用這些數(shù)據(jù)能否驗(yàn)證動(dòng)能定理？若不能，請(qǐng)說(shuō)明理由；若能，請(qǐng)說(shuō)出做法，并對(duì)這種做法做出評(píng)價(jià)． 圖S5－1 2．在探究“恒力做功和物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖S5－2所示．則： 圖S5－2 (1)該實(shí)驗(yàn)用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，在安裝時(shí)首先要______________________，其次鉤碼和小車還需要滿足的條件是____________________________________________

3、____________________________． (2)實(shí)驗(yàn)中，除位移、速度外，還需要測(cè)出的物理量有 ________________________________________________________________________. (3)在上述實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz.某同學(xué)打出的一段紙帶如圖S5－3所示，則小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為______m/s.(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字) 圖S5－3 3．在追尋科學(xué)家研究足跡的過(guò)程中，某同學(xué)為探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系，采用了如圖S5－4甲所示的“探究物體加速度與物體質(zhì)量、受

4、力之間關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置． 圖S5－4 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合力，為了減小這種做法帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該采取的兩項(xiàng)措施是________和________． (2)如圖S5－5所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是連續(xù)的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離已在圖中標(biāo)出，測(cè)出滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼的總質(zhì)量為m.從打B點(diǎn)到打E點(diǎn)的過(guò)程中，為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，該同學(xué)應(yīng)該尋找________和________之間的數(shù)值關(guān)系(用題中和圖中的物理量符號(hào)表示)． 圖S5－5 4．某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖S5－6所示的裝置探

5、究動(dòng)能定理，小車內(nèi)可放置砝碼．實(shí)驗(yàn)中小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼沒(méi)有到達(dá)地面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz. 圖S5－6 (1)如圖S5－7所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D、E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離s及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v，如下表所示．請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表中相應(yīng)位置． 圖S5－7 測(cè)量點(diǎn) O A B C D E s/cm 0.00 1.51 3.20 ____ 7.15 9.41 v/m·s－1 0.35 0.40 0.45 ____ 0.54 0.60 (2)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)

6、據(jù)繪出了如圖S5－8所示的圖線(其中Δv2＝v2－v)，根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是________________________．要驗(yàn)證動(dòng)能定理，還需測(cè)量的物理量是摩擦力f和____________． 圖S5－8 5．xx·豫北六校聯(lián)考某探究小組利用氣墊導(dǎo)軌和光電門計(jì)時(shí)器等裝置(如圖S5－9所示)探究動(dòng)能定理．他們通過(guò)改變滑輪下端的小盤中沙子的質(zhì)量來(lái)改變滑塊水平方向的拉力；滑塊上裝有寬為d的擋光片．實(shí)驗(yàn)中，用天平稱出小盤和沙子的總質(zhì)量為m，滑塊(帶擋光片)的質(zhì)量為M，計(jì)時(shí)器顯示擋光片經(jīng)過(guò)光電門1和2的時(shí)間分別為Δt1、Δt2. 圖S5－9 (1)在滿足______的條件下，才

7、可以認(rèn)為小盤和沙子的重力所做的功等于滑塊動(dòng)能的改變量． (2)實(shí)驗(yàn)中還必須測(cè)量的物理量是______，試寫出本次探究的原理表達(dá)式(用測(cè)量量和已知量表示)________________________． (3)寫出一個(gè)減小本實(shí)驗(yàn)誤差的方法： __________________________________________． 6．為了“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，查資料得知，彈簧的彈性勢(shì)能Ep＝kx2，其中k是彈簧的勁度系數(shù)，x是彈簧長(zhǎng)度的變化量． 某同學(xué)就設(shè)想用壓縮的彈簧推靜止的小球(質(zhì)量為m)運(yùn)動(dòng)來(lái)探究這一問(wèn)題． 為了研究方便，把小球O放在水平桌面上做實(shí)驗(yàn)，讓小球O在彈

8、力作用下運(yùn)動(dòng)，即只有彈簧推力做功． 該同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下： 首先進(jìn)行如圖S5－10甲所示的實(shí)驗(yàn)：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來(lái)，在彈簧的另一端掛上小球O，靜止時(shí)測(cè)得彈簧的伸長(zhǎng)量為d. 在此步驟中，目的是要確定物理量______，用m、d、g表示為______． 接著進(jìn)行如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)：將這根彈簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小球O壓縮，測(cè)得壓縮量為x，釋放彈簧后，小球O被推出去，從高為h的水平桌面上拋出，小球O在空中運(yùn)動(dòng)的水平距離為L(zhǎng). 小球O的初動(dòng)能Ek1＝______． 小球O的末動(dòng)能Ek2＝______． 彈簧對(duì)小球O做的功W＝______(用m、x、d、g表示)． 對(duì)比W和E

9、k2－Ek1就可以得出“外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化． 　甲　　　　　　　　　乙 圖S5－10 實(shí)驗(yàn)(五) 1．(1)C、E　 毫米刻度尺　(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器　天平　(3)略 [解析] (1)計(jì)算小車速度是利用打上點(diǎn)的紙帶，故不需要秒表．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交流電源，故多余的器材是C、E.測(cè)量點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺． (2)測(cè)量時(shí)間的工具是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測(cè)量質(zhì)量的工具是天平． (3)能．從A到B的過(guò)程中，恒力做的功為WAB＝FsAB，物體動(dòng)能的變化量為EkB－EkA＝m

10、v－mv＝m－m＝m，只要驗(yàn)證FsAB＝m即可，F(xiàn)為砝碼的重力，可讀取． 優(yōu)點(diǎn)：A、B兩點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，測(cè)量時(shí)的相對(duì)誤差較??； 缺點(diǎn)：只進(jìn)行了一次測(cè)量驗(yàn)證，說(shuō)服力不強(qiáng)． 2．(1)平衡小車與木板之間的摩擦力　鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (2)鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量 (3)1.40 [解析] (1)本實(shí)驗(yàn)在安裝儀器時(shí)首先要平衡摩擦力；由牛頓第二定律可知mg＝(M＋m)a，即a＝，只有當(dāng)M?m時(shí)，a≈，鉤碼的重力近似為小車受到的合外力． (2)由(1)可以看出實(shí)驗(yàn)中還需要測(cè)量的物理量為鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量． (3)由紙帶上對(duì)應(yīng)點(diǎn)可以讀出小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)v＝＝＝1.40 m/s.

11、 3．(1)保證鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量　平衡摩擦力 (2)mg(s2＋s3＋s4) M－M [解析] (1)鉤碼的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，且墊高遠(yuǎn)離滑輪一端的木板以平衡摩擦力才能使鉤碼的重力近似等于滑塊所受合力． (2)實(shí)驗(yàn)的目的是探究恒力做功和物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系，從B到E，恒力做功即mg(s2＋s3＋s4)，動(dòng)能變化M－M，所以需要尋找它們之間的關(guān)系． 4．(1)5.08　0.49　(2)Δv2∝s(速度平方的變化與位移成正比)　小車的質(zhì)量 [解析] (1)C點(diǎn)到O點(diǎn)的距離s可由紙帶分析得出為6.08 cm－1.00 cm＝5.08 cm.C點(diǎn)對(duì)應(yīng)小車的瞬時(shí)速度等于B、

12、D兩點(diǎn)間的平均速度，vC＝＝0.49 m/s.. (2)根據(jù)Δv2－s圖象為過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線可得出Δv2∝s的結(jié)論．驗(yàn)證動(dòng)能定理需求解合外力所做的功及小車和砝碼動(dòng)能的變化．合外力做功W合＝mgx－fs(其中f為小車受的摩擦力，s為小車的位移)，小車和砝碼動(dòng)能的變化ΔEk＝mv2－mv＝mΔv2，所以還需測(cè)出小車的質(zhì)量． 5．(1)m?M　(2)兩光電門之間的距離x mgx＝M－M (3)適當(dāng)減小擋光片的寬度；適當(dāng)增大光電門間的距離 [解析] (1)設(shè)繩子拉力為F，根據(jù)牛頓第二定律，對(duì)小盤和沙子，有：mg－F＝ma；對(duì)滑塊有：F＝Ma.整理得F＝mg＝(1－)mg. 只有當(dāng)m?M

13、時(shí)，才可認(rèn)為F≈mg，即小盤和沙子的重力做的功等于滑塊動(dòng)能的改變量． (2)滑塊經(jīng)過(guò)兩光電門的速度可表示為和，重力做的功為mgx，動(dòng)能變化為M－M，故表達(dá)式為mgx＝M－M. (3)適當(dāng)減小擋光片寬度，可使和更接近滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)位置的瞬時(shí)速度；適當(dāng)增大光電門間距離x，可減小因測(cè)量帶來(lái)的相對(duì)誤差． 6．彈簧的勁度系數(shù)k　　0　　 [解析] 在圖甲所示的實(shí)驗(yàn)中，目的是確定彈簧的勁度系數(shù)k，由平衡條件得：mg＝kd，即k＝. 在圖乙所示的實(shí)驗(yàn)中，小球的初動(dòng)能Ek1＝0.又根據(jù)小球做平拋運(yùn)動(dòng)得：h＝gt2，L＝vt， 所以Ek2＝mv2＝m(L)2＝. 彈簧對(duì)小球做的功等于彈性勢(shì)能的減少，所以W＝kx2＝.