2020版高考物理一輪復(fù)習 課后限時作業(yè)22 實驗：探究動能定理（含解析）新人教版

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1、課后限時作業(yè)22　實驗：探究動能定理 時間：45分鐘 1．關(guān)于“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗，下列敘述正確的是(　D　) A．每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值 B．每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致 C．放小車的長木板應(yīng)水平 D．先接通打點計時器的電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出 解析：實驗中沒有必要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測出后來各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A錯誤；為了使以后各次實驗中橡皮筋做的功是第一次實驗時的整數(shù)倍，必須使每次實驗中橡皮筋拉伸的長度保持一致，B錯誤；為了減小誤差，實驗中應(yīng)使長木板傾斜以平衡摩擦力，C錯誤；實

2、驗中應(yīng)先接通打點計時器的電源，然后再釋放小車，D正確． 2．某同學利用如圖甲所示裝置探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系，各次實驗中橡皮筋拉伸的長度都一樣，得到了如下表的數(shù)據(jù)： 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 橡皮筋條數(shù) 1 3 4 5 7 小車速度 v/(m·s－1) 0.71 1.23 1.42 1.58 1.87 (1)設(shè)一條橡皮筋拉伸到固定長度所做的功為W0，在圖乙中大致畫出橡皮筋所做的功W與小車速度v關(guān)系的圖象． 答案：如圖所示 (2)由圖象大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是W∝v2. 解析：(1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，橡皮筋做的功

3、與小車獲得的速度有關(guān)，并且做功越多，小車獲得的速度越大．據(jù)描點法可知，W與v的圖線為拋物線，如圖所示． (2)由圖象大致可判斷出W與v的關(guān)系可能是W∝v2. 3．某同學為探究“合力做功與物體動能改變的關(guān)系”設(shè)計了實驗，他的操作步驟如下： ①按下圖連接實驗裝置，其中小車質(zhì)量M＝0.20 kg，鉤碼總質(zhì)量m＝0.05 kg. ②釋放小車，然后接通打點計時器的電源(電源頻率為f＝50 Hz)，打出一條紙帶． ③他在多次重復(fù)實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條，如下圖所示．把打下的第一個點記作0，然后依次取若干個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出，用厘米刻度尺測得各計數(shù)點到點0距離分別

4、為d1＝0.041 m，d2＝0.055 m，d3＝0.167 m，d4＝0.256 m，d5＝0.360 m，d6＝0.480 m…… (1)他把鉤碼總重力(當?shù)刂亓铀俣萭取10 m/s2)作為小車所受合力，算出打下點0到打下點5過程合力做功W＝0.180 J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，用正確的公式Ek＝(d6－d4)2(用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式)把打下點5時小車的動能作為小車動能的改變量，算得Ek＝0.125 J. (2)此次實驗探究的結(jié)果，他沒能得到合力對物體做的功等于物體動能的增量這一結(jié)論，且誤差很大．通過反思，他認為產(chǎn)生很大誤差的原因有以下幾條，其中正確的是AB(填選項前的字母)

5、． A．鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多 B．沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多 C．釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動能增量的測量值比真實值偏小 D．沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因 解析：(1)若用鉤碼的重力作為小車受的合力，則F合＝mg＝0.5 N，從打下點0到打下點5，小車的水平位移x＝d5＝0.360 m，所以W＝F合x＝0.5×0.360 J＝0.180 J．打下點5時小車的動能Ek＝Mv，v5＝，式中Δt為5個時間間隔，即Δt＝，故Ek＝(d6－d4)2. (2)從該同學的實驗操作情況來看，

6、造成很大誤差的主要原因是把鉤碼的重力當成了小車受到的合力，實驗前沒有平衡摩擦力，故A、B正確；C、D兩個選項中提到的問題不能對實驗結(jié)果造成重大影響，故C、D錯誤． 4．某實驗小組利用如圖所示裝置進行“探究動能定理”的實驗，實驗步驟如下： A．掛上鉤碼，調(diào)節(jié)長木板的傾角，輕推小車后，使小車能沿長木板向下做勻速運動； B．打開速度傳感器，取下輕繩和鉤碼，保持A中調(diào)節(jié)好的長木板傾角不變，讓小車從長木板頂端由靜止下滑，分別記錄小車通過速度傳感器1和速度傳感器2時的速度大小v1和v2； C．重新掛上細繩和鉤碼，改變鉤碼的個數(shù)，重復(fù)A到B的步驟． 回答下列問題： (1)按上述方案做實驗，長

7、木板表面粗糙對實驗結(jié)果無影響(選填“有影響”或“無影響”)． (2)若要驗證動能定理的表達式，還需測量的物理量有ACD(填選項前的字母)． A．懸掛鉤碼的總質(zhì)量m B．長木板的傾角θ C．兩傳感器間的距離l D．小車的質(zhì)量M (3)根據(jù)實驗所測的物理量，動能定理的表達式為：mgl＝M(v－v)．(重力加速度為g) 解析：小車在重力、斜面彈力、摩擦力、細線拉力作用下處于平衡狀態(tài)，撤去鉤碼后小車所受的合外力等于鉤碼的重力，所以長木板表面粗糙對實驗結(jié)果沒有影響．由動能定理，有mgl＝Mv－Mv，可知需要測量懸掛鉤碼的總質(zhì)量m、兩傳感器間的距離l、小車的質(zhì)量M. 5．用如圖甲所

8、示的實驗裝置完成“探究動能定理”實驗． 請補充完整下列實驗步驟的相關(guān)內(nèi)容： (1)用天平測量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤的質(zhì)量m0；用游標卡尺測量遮光片的寬度d，游標卡尺的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為0.520 cm；按圖甲所示安裝好實驗裝置，用刻度尺測量兩光電門之間的距離s. (2)在砝碼盤中放入適量砝碼；適當調(diào)節(jié)長木板的傾角，直到輕推小車，遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時間相等． (3)取下細線和砝碼盤，記下砝碼盤中砝碼的總質(zhì)量m(填寫相應(yīng)物理量及其符號)． (4)讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB.

9、 (5)步驟(4)中，小車從光電門A下滑至光電門B過程合外力做的總功W合＝(m＋m0)gs，小車動能變化量ΔEk＝，比較W合和ΔEk的值，找出兩者之間的關(guān)系．(用上述步驟中的物理量表示，重力加速度為g) (6)重新掛上細線和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)(2)～(5)步驟． (7)本實驗中，以下操作或要求是為了減小實驗誤差的是B(填選項前的字母)． A．盡量減小兩光電門間的距離s B．調(diào)整滑輪，使細線與長木板平行 C．砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車和遮光片的質(zhì)量 解析：(1)由于游標卡尺是20分度的，所測遮光片的寬度應(yīng)是主尺讀數(shù)與游標尺讀數(shù)之和，即5 mm＋4×0.05 mm＝

10、5.20 mm＝0.520 cm. (3)在砝碼盤中放入適量砝碼，適當調(diào)節(jié)長木板的傾角，直到輕推小車，遮光片先后兩次經(jīng)過光電門A和光電門B的時間相等，這一步目的是使取下細線和砝碼盤后小車運動所受合外力等于砝碼和砝碼盤的總重力(m＋m0)g，所以當取下細線和砝碼盤時，應(yīng)記下砝碼盤中砝碼的總質(zhì)量m. (5)小車從光電門A下滑至光電門B過程中合外力做的總功W合＝(m＋m0)gs，小車動能變化量ΔEk＝M2－M2，比較W合和ΔEk的值，找出兩者之間的關(guān)系． (7)盡量減小兩光電門間的距離s，會增大誤差，選項A錯誤；調(diào)整滑輪，使細線與長木板平行，這樣細線拉力等于小車加速運動時受到的合外力，有利于減

11、小誤差，選項B正確；本實驗不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠小于小車和遮光片的總質(zhì)量，選項C錯誤． 6．某實驗小組要探究力對物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，選取的實驗裝置如圖所示． (1)實驗時，在未連接橡皮筋時將木板的左端用小木塊墊起，使木板傾斜合適的角度，接通打點計時器的電源，輕推小車，最終得到如圖甲所示的紙帶，這樣做的目的是平衡摩擦力． (2)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻分布的，為了計算小車獲得的速度，應(yīng)選用圖乙紙帶的F～I(選填“A～F”或“F～I”)部分． (3)小車在一條橡皮筋的作用下從某位置由靜止彈出，沿木板滑行，當小車的速度最大時，橡皮筋對小車

12、做的功為W.再用完全相同的2條、3條、…、n條橡皮筋作用于小車上，每次在相同(選填“相同”或“不相同”)的位置由靜止釋放小車，使橡皮筋對小車做的功分別為2W、3W、…、nW. (4)分析打點計時器打出的紙帶，分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3、…、vn，作出W-v圖象，則符合實際的圖象是圖中的D(填選項字母)． 解析：(1)紙帶上打出的點跡均勻，說明小車做勻速運動，這樣做的目的是平衡摩擦力． (2)紙帶在橡皮筋的拉力作用下做加速運動，橡皮筋做功完畢后，小車的速度達到最大，之后做勻速運動，因此勻速運動時的速度即為該過程中小車的最大速度，故為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙

13、帶上點跡均勻分布的部分測量，即F～I部分． (3)橡皮筋的拉力為變力，采用倍增法增加功，使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，當小車的速度最大時，橡皮筋對小車做的功為W；再用完全相同的2條、3條、…、n條橡皮筋作用于小車上，每次由靜止釋放小車時橡皮筋的伸長量都相同，使橡皮筋對小車做的功分別為2W、3W、…、nW，所以每次應(yīng)在相同的位置由靜止釋放小車． (4)功與速度的二次方相對應(yīng)，所以圖象應(yīng)為D. 7．某同學利用如圖甲所示的裝置驗證動能定理．固定并調(diào)整斜槽，使它的末端O點的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復(fù)寫紙．將小球從斜槽上某標記點由靜止釋放，記錄小球到達斜槽底端時下落的高

14、度H，并根據(jù)落點位置測量出小球平拋的水平位移x. 改變小球在斜槽上的釋放位置，進行多次測量，記錄數(shù)據(jù)如下： 高度H(h為 單位長度) h 2h 3h 4h 5h 6h 7h 8h 9h 水平位移 x(cm) 5.5 9.1 11.7 14.2 15.9 17.6 19.0 20.6 21.7 (1)斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為μ，斜槽底端離地的高度為y，不計小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過程中，動能定理若成立，則應(yīng)滿足的關(guān)系式是mgH＝x2. (2)以H為橫坐標，以x2為縱坐標，在坐標紙上描點作圖，如圖乙所示．

15、(3)由第(1)(2)問，可以得出結(jié)論：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，小球運動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于小球動能的增量． 解析：(1)設(shè)小球離開斜槽時的速度為v，根據(jù)平拋運動的規(guī)律得x＝vt，y＝gt2，聯(lián)立得v＝x，小球在斜槽上滑下的過程中，重力和摩擦力做功，則合力做的功為W＝mgH－μmgcosθ·＝mgH，小球動能的變化量ΔEk＝mv2＝x2，則小球從斜槽上滑下的過程中，動能定理若成立，應(yīng)滿足的關(guān)系式是mgH＝x2. (2)由(1)可知，以H為橫坐標，以x2為縱坐標，在坐標紙上描點作圖，如題圖乙所示． (3)由第(1)(2)問，結(jié)合圖象可得：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，小球運動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于小球動能的增量． 8