2019-2020年高考物理一轮复习 5.5.1实验一 探究动能定理知能检测

2019-2020年高考物理一轮复习 5.5.1实验一 探究动能定理知能检测
知识点 题号 实验注意事项 1、4 实验器材和原理 2、3 实验数据的处理和
误差分析 5、7 实验创新设计
6 A ．L -v 2图象 B ．L -v 图象 C ．L -
1
v
图象 D ．L -
1
v
图象 解析：(1)因为W ＝ΔE k ，而W ＝mg (sin θ－μcos θ)L ，ΔE k ＝1
2mv 2，等式两边都有m ，所
以探究W 与v 的关系可以不用测量质量m .
(2)由于题图乙是关于“L -v ”的图象，该图象为曲线，不便于直观地看出L 和v 的变化关系．所以，下一步应作出L -v 2的图象，应选A.
答案：(1)见解析 (2)A
3．利用如图所示装置探究动能定理，在固定斜面上有一质量为1 kg 的物块，后面固定一条穿过打点计时器的纸带，先接通电源，待打点稳定后，让物块从静止开始沿斜面匀加速下滑，得到一条如下图所示的纸带．O 点为打出的第一个点，A 、B 、C 、D 、E 、F 、G 是计数点，每相邻两计数点间还有4个点未画出，各点间距如图所示，根据相关数据进行下列处理．(打点计时器的打点频率为50 Hz ，g ＝10 m/s 2)
(1)通过传感器测得物块所受的合力是3.0 N ，试完成下表：
从O 点到各点过程合力所
做的功W /J 各点的动能E k /J OB 0.883 8 B 0.884 5 OC 1.327 5
C 1.327 6 OD
D 1.863 4 O
E 2.485 8 E 2.486 5 OF
3.199 8
F
(2)根据(1)________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：(1)在OD段的功为W＝F·OD＝3.0×(17.65＋11.81＋14.79＋17.80)×10－2 J＝1.861 5 J
在F处的速度为：
v F＝EF＋FG
2T＝
23.80＋26.79×10－2
2×0.1m/s
＝2.529 5 m/s
所以动能E k F＝1
2mv
2
F
＝3.199 2 J
(2)在误差允许的范围内，合力做的功等于物块动能的变化量．
答案：(1)1.861 5 3.199 2(2)见解析
4．某实验小组用如图1所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”实验，在实验中，该小组同学把砂和砂桶的总重力当作小车受到的合力．
(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是________．
A．实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作
B．实验操作时要先放小车，后接通电源
C．在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好
D．在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量
(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有________．
(3)如图2为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究“动能定理”．已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g.图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：(2)本题的实验原理是验证用砂桶做的功等于小车动能的增加量，所以要测砂桶和砂、小车的质量，还要测纸带上各点的距离来求速度，所以所需的器材还应有天平和刻度
尺．
(3)在A 点的速度为v 1＝x 14T ，在B 点：v 2＝x 2
4T
所以动能变化量ΔE k ＝12Mv 22－12Mv 21＝M x 22－x 21
32T 2
而砂桶和砂做的功为：W G ＝mgx
要探究动能定理的表达式为：mgx ＝M x 22－x 2
1
32T 2
答案：(1)AD (2)刻度尺、天平
(3)mgx ＝M x 22－x 2
1
32T 2
5．(xx 年六安模拟)某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了如图1所示的实验装置．
(1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是________________________________________________________________________．
(2)如图2所示，游标卡尺测得遮光条的宽度Δd ＝________________ cm.实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定．现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为Δt ，则滑块最后匀速运动的速度表达式为________(用字母表示)．
(3)逐根增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度，则画出的W -v 2图象应是________．
解析：(1)检查导轨是否水平的方法，将滑块轻放在气垫导轨上，看其是否滑动(或将滑块轻放在气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动)．
(2)Δd ＝5 mm ＋0.05 mm×10＝5.50 mm ＝0.550 cm 滑块匀速运动的速度v ＝Δd
Δt
.
(3)由动能定理可知，W ＝1
2mv 2，故画出的W -v 2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线．
答案：(1)将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速运动(其他方法合理也可) (2)0.550 Δd
Δt
(3)过坐标原点的一条倾斜直线
6．(xx 年黄山模拟)某实验小组想测量木板对木块的摩擦力所做的功．装置如图甲，一木块放在粗糙的水平长木板上，右侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的滑轮与重物连接，木块左侧与穿过打点计时器的纸带相连，长木板固定在水平实验台上．实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动，如图乙给出了重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示．打点计时器所用交流电频率为50 Hz ，不计纸带与木块间的拉力．
(1)可以判断纸带的________(填“左端”或“右端”)与木块连接．根据纸带提供的数据计算打点计时器在打下A 点和B 点时木块的速度v A ＝________ m/s ，v B ＝________m/s.(结果保留两位有效数字)
(2)要测量在AB 段木板对木块的摩擦力所做的功W AB ，还需要的实验器材是________，还应测量的物理量是________．(填入所选实验器材和物理量前的字母)
A ．木板的长度l
B ．木块的质量m 1
C ．木板的质量m 2
D ．重物的质量m 3
E ．木块运动的时间t
F ．AB 段的距离x AB
G ．天平
H ．秒表
I ．弹簧测力计
(3)在AB 段木板对木块的摩擦力所做的功的关系式W AB ＝________.[用v A 、v B 和第(2)问中测得的物理量的字母表示]
解析：重物落地后，木块做匀减速运动，故纸带的右端与木块相连． 由v n ＝x n ＋x n ＋1
2T ，得
v A ＝
6.84＋
7.48×10－
2
2×0.1
m/s ＝0.72 m/s
v B ＝
9.41＋10.06×10－
2
2×0.1
m/s ＝0.97 m/s.
由动能定理可知，W AB ＝12m 1v 2A －12m 1v 2
B ，要测在AB 段木板对木块的摩擦力做的功W AB ，只要用天平测出木块的质量m 1即可．
答案：(1)右端 0.72 0.97 (2)G B (3)12
m 1(v 2A －v 2B ) 7．某同学利用打点计时器、已知质量为m 的滑块、可调节高度的斜面、直尺等仪器进行“探究动能定理”的实验，如右图所示，他首先将打点计时器固定在斜面的上端，并将滑块与纸带相连，让纸带穿过打点计时器，接通低压交流电源(已知其频率为f )后释放滑块，打点计时器在纸带上打下一系列记数点．
回答下列问题：(用已知字母表示) (1)
写
出
影
响
滑
块
动
能
变
化
的
主
要
因
素
________________________________________________________________________．
(2)该实验探究中为了求合力，应先求出滑块与斜面的动摩擦因数．该同学通过多次调节斜面的高度，得到一条打点间距均匀的纸带，如图甲所示，此时相对应的斜面长为L 、斜面高为h .由此可求出滑块与斜面的动摩擦因数为μ＝________.
(3)保持斜面长度不变，升高斜面高度到H (H ＞h )，该同学在实验中得到一条打点清晰的纸带，如图乙所示，用直尺测出x 1、x 2、x 3，对A 、B 两点研究：此时滑块在A 、B 两点的速度大小为：v A ＝________，v B ＝________.
(4)如果该同学在记录数据时各物理量的单位分别是：L 、H 、x 1、x 2、x 3单位为cm ，质量m 单位是kg ，频率f 单位为Hz ，重力加速度g 单位为m/s 2，对AB 段进行研究，在实验允许的误差范围内，该同学根据记录的数据直接计算合力对滑块所做的功为W ，滑块动能的改变量为ΔE k ，结果发现两者的差别很大，其原因是________________．写出该同学计算出的数值W 与ΔE k 之间正确关系的表达式________．
解析：(1)由滑块在斜面上运动可知，影响滑块动能变化的是合力的功，即重力做功和摩擦力做功之和．
(2)由题图甲可知滑块在斜面上做匀速直线运动，则有：mg sin θ＝μmg cos θ(θ为斜面的
倾角)，可得
μ＝tan θ＝
h
L 2－h 2
. (3)由运动学公式得A 点的瞬时速度是v A ＝x 22T ＝x 2
2f ，B 点的瞬时速度是v B ＝x 3－x 12T ＝
x 3－x 12f .
(4)该同学根据记录的数据直接计算合力对滑块所做的功为W 和滑块动能的改变量为ΔE k ，两者数值差别很大，说明该同学在探究动能定理时单位没有统一用国际单位，应修正为W ＝ΔE k ×10－
2 J.
答案：(1)重力做功、摩擦力做功 (2)
h
L 2－h
2
(3)x 22f x 3－x 12
f (4)原因见解析 W ＝ΔE k ×10－2 J .。