2020屆高考物理總復(fù)習(xí) 作業(yè)25 實驗五 探究動能定理（含解析）

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1、作業(yè)25　實驗五　探究動能定理 非選擇題 圖25－1 1．(2019年河南十所名校測試)某實驗小組用如圖25－1所示裝置“探究功與物體速度變化的關(guān)系”． (1)為平衡小車運動過程中受到的阻力，應(yīng)該采用下面所述方法中的________(填入選項前的字母代號)． A．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車能夠自由下滑 B．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車在橡皮筋作用下開始運動 C．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，給小車一初速度，讓拖著紙帶的小車勻速下滑 D．逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓其拖著紙帶自由下滑 (2)如圖25－2所示是該實驗小組在實驗過程中打出的一條紙帶，已知打點計時器連接的電源的頻率

2、為50 Hz，則橡皮筋恢復(fù)原長時小車的速度為________m/s(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)． 圖25－2 解析：(1)為了平衡摩擦力的影響，在實驗中可將木板墊高，使小車所受重力的分力與摩擦力平衡，則小車勻速運動，此時小車后面紙帶上的點分布均勻，故C正確．(2)由圖可知，A點為2.2 cm，B點為4.7 cm，C點為7.5 cm，D點為10.3 cm，E點為13.1 cm，橡皮筋恢復(fù)原長時小車勻速運動，由紙帶可知勻速運動時兩點之間的位移為 x＝(13.1－10.3) cm＝(10.3－7.5) cm＝(7.5－4.7) cm＝2.8 cm＝0.028 m， 速度是v＝＝＝1.40 m

3、/s. 答案：(1)C　(2)1.40(1.39～1.41均正確) 2．(2019年廣東深圳模擬)某同學(xué)用如圖25－3甲所示裝置來探究“動能定理”，得到一條如圖25－3乙所示的紙帶，O點為第一個點，并在紙帶清晰段依次標(biāo)記了A、B、C三個點，用毫米刻度尺測得各點到O點的距離如圖25－3乙所示，重物質(zhì)量m＝1.00 kg. 圖25－3 (1)電火花打點計時器應(yīng)選擇的電源是________． A．4～6 V、50 Hz交流電源 B．220 V、50 Hz交流電源 (2)從O點到B點，重物的重力做功WG＝________J，動能的增加量ΔEk＝________J．(取g＝10 m

4、/s2，以上計算結(jié)果均保留三位有效數(shù)字) 解析：(1)電火花打點計時器使用220 V、50 Hz的交流電． (2)WG＝mgxOB＝1×10×0.777 6 J≈7.76 J， vB＝＝＝3.895 m/s， ΔEk＝mv2＝×1.00×3.8952 J≈7.59 J. 答案：(1)B　(2)7.78　7.59 3．某學(xué)習(xí)小組利用如圖25－4所示的裝置驗證動能定理． 圖25－4 (1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離x＝________cm. (2)測量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間Δt1和Δt2，并從拉力傳感

5、器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是__________________． (3)該實驗________(填“是”或“否”)需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量． 解析：(1)兩光電門中心之間的距離x＝70.30 cm－20.30 cm＝50.00 cm. (2)由于該實驗驗證的是動能定理，故還需要知道滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量． (3)由于拉力可以通過拉力傳感器的讀數(shù)直接得到，故不需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量． 答案：(1)50.00　(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M　

6、(3)否 4．(2019下四川資陽模擬)某興趣小組準(zhǔn)備探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”，實驗前組員們提出了以下幾種猜想： ①W∝v；②W∝v2；③W∝. 為了驗證猜想，他們設(shè)計了如圖25－5甲所示的實驗裝置． 圖25－5 PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個速度傳感器(用來測量物體每次通過Q點的速度)．在剛開始實驗時，小剛同學(xué)提出“不需要測出物體質(zhì)量，只要測出物體初始位置到速度傳感器的距離L和讀出速度傳感器的讀數(shù)v就行了”，大家經(jīng)過討論采納了小剛的建議． (1)請你說明小剛建議的理由：__________________________________． (2)讓物

7、體分別從不同高度無初速釋放，測出物體初始位置到速度傳感器的距離L1、L2、L3、L4、…，讀出物體每次通過Q點的速度v1、v2、v3、v4、…，并繪制了如圖25－5乙所示的L－v圖象．若為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，他們下一步應(yīng)該作出________． A．L－v2圖象　　　　　　　B．L－ 圖象 C．L－圖象 B．L－ 圖象 (3)實驗中，木板與物體間摩擦力________(填“會”或“不會”)影響探究的結(jié)果． 解析：(1)若只有重力做功，則mgLsinθ＝mv2，等號的兩邊都有m，可以約掉，故不需要測出物體的質(zhì)量．若是重力和摩擦力做功，則m(gsinθ－μgcosθ)L＝mv

8、2，等號的兩邊都有m，可以約掉，故不需要測出物體的質(zhì)量． (2)采用表格方法記錄數(shù)據(jù)，合理繪制的L－v圖象是曲線，不能得出結(jié)論W∝v2.為了更直觀地看出L和v的變化關(guān)系，應(yīng)該繪制L－v2圖象．故選A. (3)重力和摩擦力的總功W也與距離L成正比，因此不會影響探究的結(jié)果． 答案：(1)根據(jù)動能定理列出方程式，可以約去質(zhì)量m　(2)A　(3)不會 5．為了“探究動能改變與合外力做功”的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案： 第一步：把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細繩與質(zhì)量為m的帶夾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(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿

9、木板向下勻速運動，如圖25－6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25－6乙所示．打出的紙帶如圖25－6丙所示． 圖25－6 請回答下列問題： (1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點間的時間間隔為Δt，根據(jù)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vB＝________． (2)已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，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

10、物理名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達式W合＝________． (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v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點作出v2－W圖象，可知該圖象是一條______，根據(jù)圖象還可求得______． 解析：(1)由打出的紙帶可知B點的速度為vB＝；(2)由做功定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移x，由動能定理可知W合＝ΔEk，即mgx＝ΔEk；(3)v2－W圖象應(yīng)該為一條過原點的直線，根據(jù)ΔEk＝Mv2可求得M的值． 答案：(1)　(2)下滑的位移x　mgx (3)過原點的直

11、線　滑塊的質(zhì)量M 6．某同學(xué)為探究“合力做功與物體動能改變的關(guān)系”設(shè)計了如下實驗，他的操作步驟如下： (1)按圖25－7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. 圖25－7 (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(rèn)為滿意的一條，如圖25－8所示．把打下的第一點記作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0點距離分別為d1＝0.041 m，d2＝0.055 m，d3＝0.167 m，d4＝0.256 m，d5＝0.3

12、60 m，d6＝0.480 m，…，他把鉤碼重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10 m/s2)作為小車所受合力，算出打下0點到打下第5點合力做功W＝__________J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，用正確的公式Ek＝__________(用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式)把打下第5點時小車的動能作為小車動能的改變量，算得Ek＝0.125 J. 圖25－8 (4)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”，且誤差很大．通過反思，他認(rèn)為產(chǎn)生很大誤差的原因如下，其中正確的是(　　) 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

13、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：(3)若用鉤碼的重力作為小車受的合力，則F合＝mg＝0.5 N，從0點到打第5點時水平位移x＝d5＝0.360 m，所以W＝F合x＝0.5×0.360 J＝0.180 J. 打第5點時小車動能Ek＝Mv，v5＝，式中Δt為5個時間間隔，即Δt＝，故Ek＝(d6－d4)2. (4)從該同學(xué)的實驗操作情況來看，造成很大誤差的主要原因是把鉤碼的重力當(dāng)成了小車的合力，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

14、對實驗結(jié)果造成重大影響，故C、D錯誤． 答案：(3)0.180　(d6－d4)2　(4)AB 圖25－9 7．(2017年高考·北京卷)如圖25－9所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況．利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗． (1)打點計時器使用的電源是____(選填選項前的字母)． A．直流電源　　　　　　　　B．交流電源 (2)實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力．正確操作方法是________(選填選項前的字母)． A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量 在不掛重物且________(選填選項前的字母

15、)的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響． A．計時器不打點 B．計時器打點 (3)接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標(biāo)為O.在紙帶上依次有A、B、C……若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T.測得A、B、C……各點到O點的距離為x1、x2、x3……，如圖25－10所示． 圖25－10 實驗中，重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W＝________，打B點時小車的速度v＝________． (4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利

16、用實驗數(shù)據(jù)作出如圖25－11所示的v2－W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達式為________________．根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達式中可能包含v2這個因子；分析實驗結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是__________________________． 圖25－11 (5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖25－12中正確反映v2－W關(guān)系的是______________． 圖25－12 解析：(1)打點計時器使用的電源是交流電源，故選B. (2)實驗中，平衡摩擦力和其它阻力時，應(yīng)先不掛重物，

17、把長木板右端適當(dāng)墊高，在小車后面掛上紙帶，接通電源，在打點計時器打點的情況下，輕推一下小車，給小車一個初速度，若小車拖著紙帶做勻速運動，則表明已經(jīng)消除了摩擦力和其它阻力的影響． (3)實驗中，可認(rèn)為小車所受的拉力F大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W＝Fx2＝mgx2.在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度，故vB＝＝. (4)由題圖可知，v2＝kW，斜率k＝，其單位為m2·s－2·J－1.又1 J＝1 N·m，1 N＝1 kg·m·s－2，故1 J＝1 kg·m2·s－2，故J－1＝kg－1·m－2·s2，因此斜率k＝的單位為，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量． (5)假設(shè)完全消除了摩擦力和其它阻力的影響，對由小車和重物組成的系統(tǒng)，其動能增加量為ΔEk＝，考慮到我們按重力做功W＝mgx，有ΔEk＝＝W，即v2＝W，故v2－W的圖象斜率k＝，保持不變，故選項A正確． 答案：(1)B　(2)A　B (3)mgx2　 (4)v2＝kW，k＝(4.5～5.0)m2·s－2·J－1　質(zhì)量 (5)A 6 7