江苏专版2019版高考物理一轮复习第五章机械能微专题44实验：探究动能定理备考精炼

44 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·铜山中学模拟)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50 Hz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中作出图象以便找到做功与小木块动能的关系.
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
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·南通市第三次调研)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图象，下列图象中最符合实际情况的是________．
(3)根据实验已测得数据及v2－F图象，________(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Δt A和Δt 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ΔE k＝_______________________________________________
(用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g)，比较W合和ΔE k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．v 2
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 －μmg cos θ·
h
sin θ＝12mv 2，整理得：h ＝12g (1－μ
tan θ
)
v 2.故h 与v 2成正比，应以v 2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 ＝12mv 2－0可得v 2＝2s m F －2μgs ，当m 、s 、μ一定时，v 2
与F 为线性关系，
且v ＝0时F ＞0，B 正确．
(3)设v 2
－F 图象与横轴的截距为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 12M (d Δt B )2－12M (d Δt A
)2
(7)B
解析 (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，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：
d Δt A 、d Δt B ，所以动能的变化量为12M (d Δt B )2－12
M (
d Δt A
)2
，合外力做功大小为(m ＋m 0)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.。