高考物理一轮复习第6章机械能微专题32实验：探究动能定理

所谓的光芒光阴，其实不是此后，闪烁的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执
实验：研究动能定理
[ 方法点拨 ]
实验需要丈量合外力的功，要注意能否要均衡摩擦力．
1．如图 1 甲所示， 为考证动能定理的实验装置，
较长的小车的前端固定有力传感器， 能测出
小车所受的拉力，小车上固定两个完好同样的遮光条
A 、
B ，小车、传感器及遮光条的总质量
为 ，小车放在安装有定滑轮和光电门的圆滑轨道
D 上，光电门可记录遮光条
、 B 经过它时
M
A
的挡光时间．用不行伸长的细线将小车与质量为 m 的重物相连，轨道放在水平桌面上，细线
与轨道平行 ( 滑轮质量、摩擦不计 ) ．
图 1
(1) 用螺旋测微器测遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度
d ＝ ________ mm.
(2) 实验过程中 ________________知足 M 远大于 m ( 填“需要”或“不需要” ) ．
(3) 实验主要步骤以下：
①丈量小车、传感器及遮光条的总质量
M ，丈量两遮光条的距离 L ，按图甲正确连结器械．
②由静止开释小车，小车在细线拉动下运动，记录传感器的示数 F 及遮光条 A 、B 经过光电门的挡光时间 t A 和 t B ，则考证动能定理的表达式为 ________________(用字母 M 、F 、L 、d 、t A 、t B 表示 ) ．
2．为考证动能定理， 某同学设计了以下实验． 将一长直板一端垫起， 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 ( 从传感器所在平面算起 ) 自由滑下至速度传感器时，读
出滑块经此处时的速度 v ，如图 2 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 2
下滑高度 h /m
0.10 0.20 0.30
0.40 0.50 －1
0.633
0.895
1.100
1.265
1.414
速度 v /m ·s
要最简单直观地说明此过程动能定理能否成立，该同学成立了以 h 为纵轴的坐标系，你以为
坐标系的横轴应当是 ________，本实验能否需要均衡摩擦力
________( 填“是”或“否” ) ．
3．某学习小组利用如图 3 所示的实验装置研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．实验中改改动
滑轮下悬挂的钩码个数，进行多次丈量，记录弹簧测力计的示数F，并利用速度传感器测出从同一地点P 由静止开始开释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，当地的重力加快度大小为 g，滑轮的质量都很小．
图 3
(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)依据实验数据作出 v2－F 图象，以下图象中最切合实质状况的是________．
(3)依据实验已测得数据及 v2－ F 图象，________(填“能”或“不可以”)测出滑块与长木板
间的动摩擦因数．
4．用如图 4 甲所示的实验装置达成“研究动能定理”的实验．请增补完好以下实验步骤的相
关内容：
图 4
(1) 用天平丈量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺丈量遮光片的宽度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)在砝码盘中放入适当砝码；适合调理长木板的倾角，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) 让小车从凑近滑轮处由静止开释，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t A和 t B.
(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E k＝________(用上述步骤中的物理量表示，重力加快度为 g)，比较 W合和 E k 的值，找出二者之间的关系．
(6) 从头挂上细线和砝码盘，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偏差的是________．
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)0.400(0.399
～ 0.401 均给分 )
(2) 不需要
2
1 1
(3)
Md
FL ＝ (
2
－ 2)
2 t B t
A
分析 (1) 依据螺旋测微器的读数规则，遮光条的宽度
d ＝ 0.400 mm.
(2) 因为实验中小车遇到的力由力传感器测出，所以不需要知足
远大于 .
M
m
(3) 遮光条经过光电门时的速度用遮光条的宽度除以相应的挡光时间得出，
A
d
B
d 即 v ＝，＝
t A
t B
1 2
1
1
d 2
1 d 2
2
由动能定理，可得
2
Md 1 1
FL ＝ Mv －
Mv ＝ M(
)－M(
) ＝
( 2－ 2 ) ，即考证动能定理的表达
2
B
A
2 t B
2 t A
2 t B t A
2
2
1
式为
Md 1
＝ (
2
－ 2)．
FL
2
t B t A
2． v 2 否
分析 设木板与水平桌面间的夹角为
θ，滑块与木板间的动摩擦因数为
μ . 由动能定理得 mgh
h 1 2
1
2
2
2
－ μmg cos
θ×
sin θ ＝2mv ，整理得： h ＝
μ v . 故 h 与 v 成正比，应以
v
2g 1－ tan θ
为横轴．
本实验是滑块重力的分力与摩擦力的协力充任合外力使滑块加快即可，所以不需要均衡摩擦力．
3． (1) 不需要 (2)B (3) 能
分析 (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．
1 2
2 2s
2
(2) 由 Fs － μmgs ＝ 2mv －0 可得 v ＝ m F － 2μgs ，当 m 、s 、 μ 一准时， v 与 F 为线性关系，
且 v ＝0 时 F ＞ 0， B 正确． (3) 由 v 2－ F 图象读出横轴截距 b ，则 b ＝ μmg ，得 μ＝
b .
mg
4． (1)0.525
(3) 砝码盘中砝码的质量 m (5)( m ＋ m 0) gs 1 M ( d ) 2
－ 1
M ( d ) 2
(7)B
2
t B 2 t A 分析 (1) 游标卡尺读数＝
5 mm ＋5×0.05 mm ＝ 5.25 mm ＝ 0.525 cm.
(3) 在实验步骤 (2) 中，均衡了摩擦力，所以砝码和砝码盘的总重力大小可视为拉力，所以要
记着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：
d 、
d
，所以动能的变化量为 1
M ( d ) 2－ 1
所谓的光芒光阴，其实不是此后，闪烁的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执d
2
M() ，合外力做功大小为( m＋m0) gs.
(7) 为了减小偏差，细线要与长木板平行．因为本实验为求协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代替拉力，所以 C 项不要求．。