高考物理一輪復習 第6章 機械能 微專題32 實驗：研究動能定理試題 粵教版-粵教版高三物理試題

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1、32 實驗：研究動能定理 [方法點撥]　實驗需要測量合外力的功，要注意是否要平衡摩擦力． 1．如圖1甲所示，為驗證動能定理的實驗裝置，較長的小車的前端固定有力傳感器，能測出小車所受的拉力，小車上固定兩個完全相同的遮光條A、B，小車、傳感器及遮光條的總質(zhì)量為M，小車放在安裝有定滑輪和光電門的光滑軌道D上，光電門可記錄遮光條A、B通過它時的擋光時間．用不可伸長的細線將小車與質(zhì)量為m的重物相連，軌道放在水平桌面上，細線與軌道平行(滑輪質(zhì)量、摩擦不計)． 　 圖1 (1)用螺旋測微器測遮光條的寬度，如圖乙所示，則遮光條的寬度d＝________ mm. (2)實驗過程中_________

2、_______滿足M遠大于m(填“需要”或“不需要”)． (3)實驗主要步驟如下： ①測量小車、傳感器及遮光條的總質(zhì)量M，測量兩遮光條的距離L，按圖甲正確連接器材． ②由靜止釋放小車，小車在細線拉動下運動，記錄傳感器的示數(shù)F及遮光條A、B經(jīng)過光電門的擋光時間tA和tB，則驗證動能定理的表達式為________________(用字母M、F、L、d、tA、tB表示)． 2．為驗證動能定理，某同學設計了如下實驗．將一長直板一端墊起，另一端側(cè)面裝一速度傳感器，讓小滑塊由靜止從木板h高處(從傳感器所在平面算起)自由滑下至速度傳感器時，讀出滑塊經(jīng)此處時的速度v，如圖2所示．多次改變滑塊的下滑高度

3、h(斜面的傾角不變)，對應的速度值記錄在表中： 圖2 下滑高度h/m 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 速度v/m·s－1 0.633 0.895 1.100 1.265 1.414 要最簡單直觀地說明此過程動能定理是否成立，該同學建立了以h為縱軸的坐標系，你認為坐標系的橫軸應該是________，本實驗是否需要平衡摩擦力________(填“是”或“否”)． 3．某學習小組利用如圖3所示的實驗裝置探究合外力與速度的關系．一端帶有定滑輪的長木板固定在水平桌面上，用輕繩繞過定滑輪及動滑輪將滑塊與彈簧測力計相連．實驗中改變動滑輪下懸掛的鉤碼個數(shù)，進

4、行多次測量，記錄彈簧測力計的示數(shù)F，并利用速度傳感器測出從同一位置P由靜止開始釋放的滑塊經(jīng)過速度傳感器時的速度大小v，用天平測出滑塊的質(zhì)量m，用刻度尺測出P與速度傳感器間的距離s，當?shù)氐闹亓铀俣却笮間，滑輪的質(zhì)量都很?。? 圖3 (1)實驗中鉤碼的質(zhì)量________(填“需要”或“不需要”)遠小于滑塊的質(zhì)量． (2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2－F圖象，下列圖象中最符合實際情況的是________． (3)根據(jù)實驗已測得數(shù)據(jù)及v2－F圖象，________(填“能”或“不能”)測出滑塊與長木板間的動摩擦因數(shù)． 4．用如圖4甲所示的實驗裝置完成“探究動能定理”的實驗．請補充完整

5、下列實驗步驟的相關內(nèi)容： 圖4 (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________ cm；按圖甲所示安裝好實驗裝置，用米尺測量出兩光電門之間的距離為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________(填寫相應物理量及其符號)． (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. (5)步驟(4)中，小車從光電門A下滑

6、至光電門B過程合外力做的總功W合＝________，小車動能變化量ΔEk＝________(用上述步驟中的物理量表示，重力加速度為g)，比較W合和ΔEk的值，找出兩者之間的關系． (6)重新掛上細線和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(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________． 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)量遠小于小車的質(zhì)量 答案精析 1．(1)0.400(0.399～0.401均給分)　(2)不需要 (3)FL＝(－) 解析　(1)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則，遮光條的寬

7、度d＝0.400 mm. (2)由于實驗中小車受到的力由力傳感器測出，所以不需要滿足M遠大于m. (3)遮光條通過光電門時的速度用遮光條的寬度除以相應的擋光時間得出，即vA＝，vB＝.由動能定理，可得FL＝Mv－Mv＝M()2－M()2＝(－)，即驗證動能定理的表達式為FL＝(－)． 2．v2　否 解析　設木板與水平桌面間的夾角為θ，滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ.由動能定理得mgh－μmgcos θ×＝mv2，整理得：h＝v2.故h與v2成正比,應以v2為橫軸.本實驗是滑塊重力的分力與摩擦力的合力充當合外力使滑塊加速即可,因此不需要平衡摩擦力. 3．(1)不需要　(2)B　(3)能

8、 解析　(1)實驗中鉤碼的質(zhì)量不需要遠小于滑塊的質(zhì)量，因為滑塊所受的拉力可由彈簧測力計直接測出． (2)由Fs－μmgs＝mv2－0可得v2＝F－2μgs，當m、s、μ一定時，v2與F為線性關系，且v＝0時F＞0，B正確． (3)由v2－F圖象讀出橫軸截距b，則b＝μmg，得μ＝. 4．(1)0.525　(3)砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m　(5)(m＋m0)gs　M()2－M()2　(7)B 解析　(1)游標卡尺讀數(shù)＝5 mm＋5×0.05 mm＝5.25 mm＝0.525 cm. (3)在實驗步驟(2)中，平衡了摩擦力，所以砝碼和砝碼盤的總重力大小可視為拉力，因此要記住砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m.(5)小車經(jīng)過兩個光電門的速度分別為：、，所以動能的變化量為M()2－M()2，合外力做功大小為(m＋m0)gs.(7)為了減小誤差，細線要與長木板平行．因為本實驗為求合力做功與動能變化的關系，不是要求砝碼和砝碼盤總重力近似替代拉力，所以C項不要求．