高考物理第五章机械能微专题45实验：探究动能定理加练半小时粤教版

2019高考物理第五章机械能微专题45实验：探究动能定理加练半小时粤教版本文简介：微专题45实验：探究动能定理[方法点拨]通过分析实验题设要明确研究对象的运动过程是哪一段，以及研究对象受到的合外力是“谁”，合外力的功如何测量．1．(2018·福建三明一中模拟)如图1所示，是探究功与物体速度变化关系的装置．第一次由一根橡皮筋提供牵引力使小木块在某处由静止弹出，然后分别改用2根、3根

2019高考物理第五章机械能微专题45实验：探究动能定理加练半小时粤教版本文内容：

微专题45

实验：探究动能定理

[方法点拨]

通过分析实验题设要明确研究对象的运动过程是哪一段，以及研究对象受到的合外力是“谁”，合外力的功如何测量．

1．(2018·福建三明一中模拟)如图1所示，是探究功与物体速度变化关系的装置．第一次由一根橡皮筋提供牵引力使小木块在某处由静止弹出，然后分别改用2根、3根……相同的橡皮筋，使小木块从同样的位置弹出.

图1

(1)小木块在运动过程中会受到阻力，应将长木板______(填“左”或“右”)端适当垫高作为补偿．

(2)只用1根橡皮筋作用时，打点计时器打出的纸带如图2所示．打点计时器使用50Hz的交流电源，则小木块被弹出时的速度为________m/s(结果保留两位有效数字)．

图2

(3)下表是实验过程中测量的几组数据，请选取合适的物理量和单位，在图3中作出图像以便找到做功与小木块动能的关系.

橡皮筋数

做功

v

v2

v3

2

2W

1.27

1.13

1.62

2.08

3

3W

1.56

1.25

2.43

3.79

4

4W

1.80

1.34

3.24

5.83

5

5W

2.01

1.42

4.05

8.15

6

6W

2.20

1.48

4.86

10.71

图3

(4)如果本实验中没有进行第(1)步的操作，则上述所画的图线(

)

A．仍为原图线

B．向上平移

C．向下平移D．倾斜程度会发生变化

2．为验证动能定理，某同学设计了如下实验．将一长直木板一端垫起，另一端侧面装一速度传感器，让小滑块由静止从木板h高处(从速度传感器所在平面算起)自由下滑至速度传感器时，读出滑块经此处时的速度v，如图4所示．多次改变滑块的下滑高度h(斜面的倾角不变)，对应的速度值记录在表中：

图4

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

要最简单直观地说明此过程动能定理是否成立，该同学建立了以h为纵轴的坐标系，你认为坐标系的横轴应该是________，本实验是否需要平衡摩擦力________(填“是”或“否”)．

3．(2017·山东青岛二中模拟)某学习小组利用如图5所示的实验装置探究合外力与速度的关系．一端带有定滑轮的长木板固定在水平桌面上，用轻绳绕过定滑轮及动滑轮将滑块与弹簧测力计相连．实验中改变动滑轮下悬挂的钩码个数，进行多次测量，记录弹簧测力计的示数F，并利用速度传感器测出从同一位置P由静止开始释放的滑块经过速度传感器时的速度大小v，用天平测出滑块的质量m，用刻度尺测出P与速度传感器间的距离s，当地的重力加速度大小为g，滑轮的质量都很小．

图5

(1)实验中钩码的质量________(填“需要”或“不需要”)远小于滑块的质量．

(2)根据实验数据作出v2－F图像，下列图像中最符合实际情况的是________．

(3)根据实验已测得数据及v2－F图像，________(填“能”或“不能”)测出滑块与长木板间的动摩擦因数．

4．用如图6甲所示的实验装置完成“探究动能定理”的实验．请补充完整下列实验步骤的相关内容：

图6

(1)用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为________cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量出两光电门之间的距离为s.

(2)在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等．

(3)取下细线和砝码盘，记下______________________(填写相应物理量及其符号)．

(4)让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间ΔtA和ΔtB.

(5)步骤(4)中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W合＝______________，小车动能变化量ΔEk＝____________________________________________________________

(用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g)，比较W合和ΔEk的值，找出两者之间的关系．

(6)重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复(2)～(5)步骤．

(7)本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是________．

A．尽量减小两光电门间的距离s

B．调整滑轮，使细线与长木板平行

C．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量

答案精析

1．(1)左

(2)0.90

(3)如图所示

(4)B

2．v2

否

解析

设木板与水平面间的夹角为θ，滑块与木板间的动摩擦因数为μ.由动能定理得mgh－μmgcosθ·＝mv2，整理得：h＝v2.故h与v2成正比，应以v2为横轴．本实验是滑块重力的分力与摩擦力的合力充当合外力，使滑块加速即可，因此不需要平衡摩擦力．

3．(1)不需要

(2)B

(3)能

解析

(1)实验中钩码的质量不需要远小于滑块的质量，因为滑块所受的拉力可由弹簧测力计直接测出．

(2)由Fs－μmgs＝mv2－0可得v2＝F－2μgs，当m、s、μ一定时，v2与F为线性关系，且v＝0时F＞0，B正确．

(3)设v2－F图像与横轴的截距为b，则b＝μmg，得μ＝.

4．(1)0.525

(3)砝码盘中砝码的质量m

(5)(m＋m0)gs

M()2－M()2

(7)B

解析

(1)游标卡尺读数＝5mm＋5×0.05mm＝5.25mm＝0.525cm.

(3)在实验步骤(2)中，平衡了摩擦力，所以砝码和砝码盘的总重力大小可视为拉力，因此要记下砝码盘中砝码的质量m.

(5)小车经过两个光电门的速度分别为：、，所以动能的变化量为M()2－M()2，合外力做功大小为(m＋m0)gs.

(7)为了减小误差，细线要与长木板平行．因为本实验为求合力做功与动能变化的关系，不是要求砝码和砝码盘总重力近似替代拉力，减小两光电门间的距离不能减小实验误差．故选B.