南方新高考2019版高考物理大一轮复习 实验五 探究动能定理课时作业
高考物理大一轮复习 第五章 实验五 探究动能定理(含解析)
实验五探究动能定理考纲解读 1.通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系.2.通过分析论证和实验探究的过程，培养实验探究能力和创新精神．基本实验要求规律方法总结1．实验目的：探究功与物体速度变化的关系．2．实验原理(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为2W.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W.(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定速度变化与功的关系．3．实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等．4．实验步骤1．实验注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角．(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分．(3)橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．2．实验探究的技巧与方法(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力．(2)拉伸的橡皮筋对小车做功：①用一条橡皮筋拉小车——做功W.②用两条橡皮筋拉小车——做功2W.③用三条橡皮筋拉小车——做功3W.(3)测出每次做功后小车获得的速度．(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W－v或W－v2、W－v3、……图象，直到明确得出W和v的关系．5．实验结论：物体速度v与外力做功W间的关系W＝12mv2.(1)不直接计算W和v的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的W和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理．(2)做W－v图象，或W－v2、W－v3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线．考点一对实验原理及误差分析的考查例1探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图1所示，实验主要过程如下：图1(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…；(2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v1、v2、v3、…；(3)作出W－v草图；(4)分析W－v图象．如果W－v图象是一条直线，表明W∝v；如果不是直线，可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝ v等关系．以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是________．A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、….所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、…B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法是使木板适当倾斜C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算解析由于选用同样的橡皮筋，并且每次实验中橡皮筋拉伸的长度相同，因此每条橡皮筋对小车做的功都相同，故A正确；小车在运动中受到的阻力，采取平衡摩擦力的方法补偿，让木板固定有打点计时器的一端适当抬高，使重力的下滑分力与阻力平衡，故B 正确；纸带上的点两端密、中间疏，说明小车先在橡皮筋拉力作用下加速，后在阻力作用下减速，故C正确；由于橡皮筋松驰后，小车做匀速运动，此时的速度是橡皮筋对小车做功后的最大速度，故求速度应该用做匀速运动的那一段纸带的数据，而不应该用从第一点到最后一点的数据来计算，故D错误．答案 D考点二对实验步骤和实验数据处理的考查例2某探究学习小组的同学欲探究“恒力做功与物体动能变化的关系”，他们在实验室组装了一套如图2所示的装置，另外他们还找到打点计时器以及学生电源、天平、刻度尺、细线、复写纸、纸带、小桶和砂子若干．并将小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上小砂桶．图2(1)某同学的实验步骤如下：用天平称量小车的质量M和砂与小桶的总质量m.让砂与小桶带动小车加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距为L，算出打这两点的速度v1与v2.①本实验装置图(准备放开小车时刻)中有什么缺点或错误？②要完成本实验，还缺哪些重要实验步骤？③本实验认为小车所受合外力等于砂与小桶的总重力，则应控制的实验条件是什么？(2)在实验操作正确的前提下，若挑选的一条点迹清晰的纸带如图3所示，已知相邻两个点间的时间间隔为T，从A点到B、C、D、E、F点的距离依次为x1、x2、x3、x4、x5，则由此可求得纸带上由B点到E点所对应的过程中，合外力对小车所做的功W＝________；该小车动能改变量的表达式为ΔE k＝________(结果用题中已知物理量的符号表示)；若满足________________，则动能定理得证．图3解析本题考查探究“恒力做功与物体动能变化的关系”的实验，意在考查学生对该实验的理解．(1)由实验过程以及实验装置图可知，实验装置图中细线与轨道平面应平行；初始时刻，小车应紧靠打点计时器；所缺步骤为：调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动(或平衡摩擦力)；(2)由做功及动能变化量可知，W＝mg(x4－x1)，ΔE k＝12M[(x5－x32T)2－(x22T)2]，只要满足W≈ΔE k，则动能定理得证．答案(1)①细线与轨道平面应平行；初始时刻，小车应紧靠打点计时器②调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动(或平衡摩擦力) ③M≫m(2)mg(x4－x1) 12M[(x5－x32T)2－(x22T)2]或M8T2[(x5－x3)2－x22] W≈ΔE k创新实验设计1．本实验中虽然不需计算出橡皮筋每次做功的具体数值，但需计算出每次小车获得的速度，由于距离的测量存在一定误差，使得速度的大小不准确，在此可以安装速度传感器进行实验．2．本实验也可用钩码牵引小车完成，在小车上安装拉力传感器测出拉力的大小，再测出位移的大小，进而确定力做功的多少．例3某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“外力做功与物体动能变化的关系”．如图4所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm 的A、B两点(A、B两点图中未标出)各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小．小车中可以放置砝码．图4(1)实验主要步骤如下：①测量__________和拉力传感器的总质量M 1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路．②将小车停在桌面右端靠近打点计时器处，__________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A 、B 时的速度．③在小车中增加砝码，或____________，重复②的操作．(2)表格中是他们测得的几组数据，其中M 是M 1与小车中砝码质量之和，|v 22－v 21| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE ，F 是拉力传感器受到的拉力，W 是F 在A 、B 间所做的功．表格中ΔE 3＝______，W 3＝__________.(结果保留三位有效数字)数据记录表次数 M /kg|v 21－v 22| /(m/s)2ΔE /JF /NW /J1 0.500 0.760 0.190 0.400 0.2002 0.500 1.65 0.413 0.840 0.4203 0.500 2.40 ΔE 3 1.220 W 34 1.000 2.40 1.20 2.420 1.21 51.0002.841.422.8601.43(3)图5解析 (1)①在实验过程中拉力对小车、砝码和传感器做功使小车、砝码和传感器的动能增加，所以需要测量小车、砝码和拉力传感器的总质量；②通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力的大小得出不同的数据．(2)通过拉力传感器的示数和AB 的长度l ，用W ＝Fl 可计算拉力做的功．(3)利用图象法处理数据，由动能定理W ＝12m (v 22－v 21)可知W 与ΔE 成正比，作图可用描点法．答案(1)①小车、砝码②接通电源，释放小车③减少钩码(2)0.600 0.610 (3)如图所示1．关于“探究动能定理”的实验中，下列叙述正确的是( ) A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C．放小车的长木板应尽量使其水平D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出答案 D解析实验中没有必要测出橡皮筋做功的具体数值，只要测出后来各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A错误；为了使以后各次实验中橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，必须使每次实验中橡皮筋拉伸的长度保持一致，B错误；为了减小误差，实验中应使长木板倾斜以平衡摩擦力，C错误；实验中应先接通电源，然后再释放小车，D 正确．2．某学习小组做“探究功与物体速度变化的关系”的实验装置如图6所示．图中小车在一条橡皮筋作用下弹出沿木板滑行，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都完全相同．每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带求出．通过实验数据分析可以得出功与物体速度变化的关系．图6(1)实验操作中需平衡小车受到的摩擦力，其最根本的目的是________．A．防止小车不能被橡皮筋拉动B．保证橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功C．便于小车获得较大的弹射速度D．防止纸带上点迹不清晰(2)如图7是某同学在正确实验操作过程中得到的一条纸带，O、A、B、C、D、E、F为选取的计数点，相邻的两个计数点间有一个点没有画出，各计数点到O点的距离分别为：0.87 cm、4.79 cm、8.89 cm、16.91 cm、25.83 cm、34.75 cm，若打点计时器的打点频率为50 Hz，则由该纸带可知本次实验中橡皮筋做功结束时小车的速度是________m/s.图7答案(1)B (2)2.23解析(1)平衡摩擦力的根本目的是保证橡皮筋对小车做的功等于小车动能的变化，即合外力做的功；(2)由已知数据计算出相邻两点间的距离，可知E点速度最大，此时小车的动能等于橡皮筋做的功．3．如图8所示是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当我们把2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出．图8(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有____________________；(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_________________；(3)每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量；(4)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；数据橡皮筋10个间10个间小车获小车速物理量做的功距的距离x(m)距的时间T(s)得的速度v n度的平方v2n1W 0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2(5)n n n请你根据表中测定的数据在如图9所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性．图9(6)若在实验中你作出的图线与理论的推测不完全一致，你处理这种情况的做法是______________________________．答案(1)刻度尺(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力(3)点距均匀(4)2W、3W、4W、5W(5)v2n图象见解析图(6)分析误差来源，改进实验方案或测量手段，重新进行实验解析(1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺．(2)要让小车在木板上匀速运动，因而木板要倾斜以平衡摩擦力．(3)小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀．(4)橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加W.(5)纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑曲线连线作出v2n－W n图象，如图所示．(6)分析误差来源，改进实验方案或测量手段，重新进行实验．4．(2013·四川理综·8(2))如图10所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：图10①为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动．②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图11所示的纸带．纸带上O 为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s 的相邻计数点A 、B 、C 、D 、E 、F 、G .实验时小车所受拉力为0.2 N ，小车的质量为0.2 kg.图11请计算小车所受合外力做的功W 和小车动能的变化ΔE k ，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).O —BO —CO —DO —EO —FW /J0.04320.0572 0.0734 0.0915 ΔE k /J 0.04300.05700.07340.0907k ③实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg ，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(g 取9.8 m/s 2，结果保留至小数点后第三位)． 答案 ①匀速直线(或匀速)②0.111 5 0.110 5 ③0.015解析 ①取下细绳与托盘后，当摩擦力恰好被平衡时，小车与纸带所受合力为零，获得初速度后应做匀速直线运动．②由题图可知OF ＝55.75 cm ，再结合v t2＝v 可得打下计数点F 时的瞬时速度v F ＝OG －OE2T＝1.051 m/s 2，故W ＝F ·OF ＝0.111 5 J ，ΔE k ＝12Mv 2F ≈0.110 5 J.③根据牛顿第二定律有：对小车F ＝Ma ，得a ＝1.0 m/s 2；对托盘及砝码(m ＋m 0)g －F ＝(m ＋m 0)a ，故有m ＝Fg －a －m 0＝0.29.8－1.0kg －7.7×10－3kg ＝0.015 kg 5．为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤夹后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图12甲所示．第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示．打出的纸带如图丙所示．图12请回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数点间的时间间隔为Δt ，根据纸带求滑块速度，打点计时器打B 点时滑块速度v B ＝________.(2)已知重锤质量为m ，当地的重力加速度为g ，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块______(写出物理名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W 合＝________.(3)算出滑块运动OA 、OB 、OC 、OD 、OE 段合外力对滑块所做的功W 以及在A 、B 、C 、D 、E 各点的速度v ，以v 2为纵轴、W 为横轴建立直角坐标系，描点作出v 2－W 图象，可知该图象是一条________，根据图象还可求得________． 答案 (1)x 3－x 12Δt(2)下滑的位移x mgx (3)过原点的直线 滑块的质量M 解析 本题考查动能改变与合外力做功的关系，意在考查学生对该实验的理解． (1)由打出的纸带可知B 点的速度为v B ＝x 3－x 12Δt；(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移，由动能定理可知W 合＝ΔE k ，即mgx ＝ΔE k ；(3)v 2－W 图象应该为一条过原点的直线．。
2019版高考物理一轮复习 实验五 探究动能定理
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【解析】(1)(2)物块离开桌面后做平抛运动,竖直方向
h= gt2,水平方向L=vt,解得v=L ,要测物块被弹
出时的速度,需要测量桌面到地面的高度h,小物块抛出
1 点到落地点的水平距离L,故D、E正确。
g
2
2h
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(3)实验时,选择相同的橡皮筋,使橡皮筋的形变量相同,通过改变橡皮筋的条数改变 橡皮筋对小车所做的功,故A正确,B、C、D错误。 (4)物块在桌面上运动时,弹力对物块做正功,摩擦力对物块做负功,由于物块要克服 摩擦力做功,则图象不过原点。
4
【实验器材】
小车(前面带小钩)、长木板(在两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、 导线、学生电源(若使用电火花计时器则不用学生电源)、5条同规格的橡皮筋及毫米 刻度尺。
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5
【实验过程】
1.仪器安装: (1)按实验原理图将仪器安装好。 (2)平衡摩擦力:在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板,反复移动木板的位置, 直至小车上不挂橡皮筋时,轻推小车,纸带打出的点间距均匀,即小车能匀速运动为止。
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(5)小车运动过程中,对小车和重物整体分析有mg=
(M+m)a,对小车有FT=Ma,解得小车受到的拉力为
FT=
,小车受到的拉力与重物的重力成正比,小车
受到的拉力做的功与小车速度的平方成正比,则重物重
力做的功与小车速度的平方成正比,选A。
Mmg Mm
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答案:(1)B (2)A B (3)mgx2 (4) v2=4.69W 质量 (5)A
小车速度的测量误差
南方新高考高考物理大一轮复习 专题提升五 动能定理的解题例析课时作业
专题提升五动能定理的解题例析1．(2015年海南卷)如图KZ51，一半径为R的半圆形轨道竖直固定放置，轨道两端等高；质量为m的质点自轨道端点P由静止开始滑下，滑到最低点Q时，对轨道的正压力为2mg，重力加速度大小为g.质点自P滑到Q的过程中，克服摩擦力所做的功为( )图KZ51A.14mgR B.13mgRC.12mgR D.π4mgR2．用水平力F拉一物体，使物体在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动，t1时刻撤去拉力F，物体做匀减速直线运动，到t2时刻停止，其速度时间图象如图KZ52所示，且α＞β，若拉力F做的功为W1，平均功率为P1；物体克服摩擦阻力F f做的功为W2，平均功率为P2，则下列选项正确的是( )图KZ52A．W1＞W2，F＝2F f B．W1＝W2，F＞2F fC．P1＜P2，F＞2F f D．P1＝P2，F＝2F f3．(2015年河北衡水中学三模)如图KZ53所示，质量为0.1 kg的小物块在粗糙水平桌面上滑行4 m后以3.0 m/s的速度飞离桌面，最终落在水平地面上，已知物块与桌面间的动摩擦因数为0.5，桌面高0.45 m，若不计空气阻力，取g＝10 m/s2，则( )图KZ53A．小物块的初速度是5 m/sB．小物块的水平射程为1.2 mC．小物块在桌面上克服摩擦力做8 J的功D．小物块落地时的动能为0.9 J4．(多选)质量为1 kg的物体静止在水平粗糙的地面上，受到一水平外力F作用而运动，如图KZ54甲所示，外力F和物体克服摩擦力F f做的功W与物体位移x的关系如图乙所示，重力加速度g取10 m/s2.下列分析正确的是( )甲乙图KZ54A ．物体与地面之间的动摩擦因数为0.2B ．物体运动的位移为13 mC ．前3 m 运动过程中物体的加速度为3 m/s 2D ．x ＝9 m 时，物体速度为3 2 m/s5．(多选，2015年河北保定元月调研)如图KZ55所示，内壁光滑半径大小为R 的圆轨道竖直固定在桌面上，一个质量为m 的小球静止在轨道底部A 点．现用小锤沿水平方向快速击打小球，击打后迅速移开，使小球沿轨道在竖直面内运动．当小球回到A 点时，再次用小锤沿运动方向击打小球，通过两次击打，小球才能运动到圆轨道的最高点．已知小球在运动过程中始终未脱离轨道，在第一次击打过程中小锤对小球做功W 1，第二次击打过程中小锤对小球做功W 2.设先后两次击打过程中小锤对小球做功全部用来增加小球的动能，则W 1W 2的值可能是( )图KZ55A ．12B ．23C ．34D ．1 6．(2015年山东卷)如图KZ56甲所示，物块与质量为m 的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两等高定滑轮连接．物块置于左侧滑轮正下方的表面水平的压力传感装置上，小球和右侧滑轮的距离为l .开始时物块和小球均静止，将此时传感装置的示数记为初始值．现给小球施加一始终垂直于l 段细绳的力，将小球缓慢拉起至细绳与竖直方向成60°角，如图乙所示，此时传感器装置的示数为初始值的1.25倍；再将小球由静止释放，当运动至最低位置时，传感装置的示数为初始值的0.6倍．不计滑轮的大小和摩擦，重力加速度的大小为g .求：甲 乙图KZ56(1)物块的质量．(2)从释放到运动至最低位置的过程中，小球克服空气阻力所做的功．7．(2015年北京西城模拟)一小孩自己不会荡秋千．爸爸让他坐在秋千板上，将小孩和秋千板一起拉到某一高度，此时绳子与竖直方向的偏角为37°，然后由静止释放．已知小孩的质量为25 kg ，小孩在最低点时离系绳子的横梁2.5 m ．重力加速度g ＝10 m/s 2.sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.忽略秋千的质量，可把小孩看做质点．(1)假设小孩和秋千受到的阻力可以忽略，当摆到最低点时，求： a ．小孩的速度大小．b ．秋千对小孩作用力的大小．(2)假设小孩和秋千受到的平均阻力是小孩重力的0.1倍，求从小孩被释放到停止经过的总路程．8．(2016年新课标全国卷Ⅰ)如图KZ57所示，一轻弹簧原长为2R ，其一端固定在倾角为37°的固定直轨道AC 的底端A 处，另一端位于直轨道上B 处，弹簧处于自然状态，直轨道与一半径为56R 的光滑圆弧轨道相切于C 点，AC ＝7R ，A 、B 、C 、D 均在同一竖直平面内．质量为m 的小物块P 自C 点由静止开始下滑，最低到达E 点(图中未画出)，随后P 沿轨道被弹回，最高到达F 点，AF ＝4R ，已知P 与直轨道间的动摩擦因数μ＝14，重力加速度大小为g .⎝⎛⎭⎪⎫取sin 37°＝35，cos 37°＝45 (1)求P 第一次运动到B 点时速度的大小． (2)求P 运动到E 点时弹簧的弹性势能．(3)改变物块P 的质量，将P 推至E 点，从静止开始释放．已知P 自圆弧轨道的最高点D 处水平飞出后，恰好通过G 点．G 点在C 点左下方，与C 点水平相距72R 、竖直相距R ，求P运动到D 点时速度的大小和改变后P 的质量．图KZ57专题提升五 动能定理的解题例析1．C2．B 解析：由动能定理可得W 1－W 2＝0，解得W 1＝W 2.由图象可知，撤去拉力F 后运动时间大于水平力F 作用时间，所以F ＞2F f ，选项A 、D 错误，B 正确；由于摩擦阻力作用时间一定大于水平力F 作用时间，所以P 1＞P 2，选项C 错误．3．D4．ACD 解析：由W f ＝F f x 对应图乙可知，物体与地面之间的滑动摩擦力F f ＝2 N ，由F f ＝μmg 可得μ＝0.2，A 正确；由W F ＝Fx 对应图乙可知，前3 m 内，拉力F 1＝5 N,3～9 m内拉力F 2＝2 N ，物体在前3 m 内的加速度a 1＝F 1－F f m＝3 m/s 2，C 正确；由动能定理得：W F －F f x ＝12mv 2可得：x ＝9 m 时，物体的速度为v ＝3 2 m/s ，D 正确；物体的最大位移 x m ＝W FF f＝13.5 m ，B 错误．5．AB 解析：第一次击打，小球运动的最高高度为R ，即W 1≤mgR ，第二次击打，小球才能运动到圆轨道的最高点，而恰好过最高点的条件为mg ＝m v 2高R，即v 高＝gR ，小球从静止到到达最高点的过程，由动能定理得W 1＋W 2－mg 2R ＝12mv 2高－0，得W 1＋W 2＝52mgR ，则W 1W 2≤23，故选A 、B.6．解：(1)设开始时细绳的拉力大小为T 1，传感装置的初始值为F 1，物块质量为M ，由平衡条件得对小球，T 1＝mg ① 对物块，F 1＋T 1＝Mg ②当细绳与竖直方向的夹角为60°时，设细绳的拉力大小为T 2，传感装置的示数为F 2，据题意可知，F 2＝1.25F 1，由平衡条件得对小球，T 2＝mg cos 60° ③ 对物块，F 2＋T 2＝Mg ④联立①②③④式，代入数据得 M ＝3m . ⑤(2)设小球运动至最低位置时速度的大小为v ，从释放到运动至最低位置的过程中，小球克服阻力所做的功为W f ，由动能定理得mgl (1－cos 60°)－W f ＝12mv 2－0 ⑥在最低位置，设细绳的拉力大小为T 3，传感装置的示数为F 3，据题意可知，F 3＝0.6F 1，对小球，由牛顿第二定律得T 3－mg ＝m v 2l⑦对物块，由平衡条件得 F 3＋T 3＝Mg ⑧联立①②⑤⑥⑦⑧式，代入数据得 W f ＝0.1mgl .7．解：(1)a.根据机械能守恒定律得mgL (1－cos37°)＝12mv 2可得v ＝10 m/s.b ．以小孩为研究对象，根据牛顿第二定律得F －mg ＝m v 2L可得F ＝350 N.(2)对全程，根据动能定理得 mgL (1－cos37°)－fs ＝0 其中f ＝0.1mg 可得s ＝5 m.8．解：(1)由题意可知：l BC ＝7R －2R ＝5R ① 设P 到达B 点时的速度为v B ，由动能定理得mgl BC sin θ－μmgl BC cos θ＝12mv 2B ②式中θ＝37°，联立①②式并由题给条件得 v B ＝2gR . ③(2)设BE ＝x ，P 到达E 点时速度为零，此时弹簧的弹性势能为E p ，由B →E 过程，根据动能定理得mgx sin θ－μmgx cos θ－E p ＝0－12mv 2B ④E 、F 之间的距离l 1＝4R －2R ＋x ⑤P 到达E 点后反弹，从E 点运动到F 点的过程中，由动能定理有 E p －mgl 1sin θ－μmgl 1cos θ＝0 ⑥ 联立③④⑤⑥式得 x ＝R ⑦E p ＝125mgR . ⑧(3)设改变后P 的质量为m 1，D 点与G 点的水平距离为x 1和竖直距离为y 1，θ＝37°.由几何关系(如图D77所示)得图D77x 1＝72R －56R sin θ＝3R ⑨y 1＝R ＋56R ＋56R cos θ＝52R ⑩设P 在D 点的速度为v D ，由D 点运动到G 点的时间为t ，由平抛运动公式得y 1＝12gt 2 ⑪x 1＝v D t ⑫ 联立⑨⑩⑪⑫式得v D ＝355gR ⑬设P 在C 点速度的大小为v C ，在P 由C 运动到D 的过程中机械能守恒，有 12m 1v 2C ＝12m 1v 2D ＋m 1g ⎝ ⎛⎭⎪⎫56R ＋56R cos θ ⑭ P 由E 点运动到C 点的过程中，由动能定理得E p －m 1g (x ＋5R )sin θ－μm 1g (x ＋5R )cos θ＝12m 1v 2C ⑮联立⑦⑧⑬⑭⑮式得m 1＝13m .。
2019版高考物理一轮复习实验增分专题5探究动能定理学案
实验五探究动能定理一、实验目的、原理、器材2．拉伸的橡皮筋对小车做功： (1)用一条橡皮筋拉小车——做功W ； (2)用两条橡皮筋拉小车——做功2W ； (3)用三条橡皮筋拉小车——做功3W . 3．测出每次做功后小车获得的速度v .4．分别用各次实验测得的v 和W 绘制W －v 或W －v 2、W －v 3……图象，直到明确得出W 和v 的关系．三、数据处理1．求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x ，则v ＝xT (其中T为打点周期)．2．实验数据处理：在坐标纸上画出W －v 和W －v 2图象(“W ”以一根橡皮筋做的功为单位)．根据图象得出W ∝v 2.四、误差分析1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W 与橡皮筋的条数不成正比．2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差． 3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来的误差． 五、注意事项1．平衡摩擦力的方法是轻推小车，由打在纸带上的点是否均匀判断小车是否匀速运动． 2．测小车速度时，应选纸带上点均匀分布的部分．3．橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．核心考点·分层突破考点1 实验原理和实验操作[例1]某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．__.)包括砝码(刻度尺、天平__若要完成该实验，必需的实验器材还有(1)。
高考物理一轮复习课时作业【5-2】动能定理及其应用(含答案)
开卷速查规范特训课时作业实效精练开卷速查(十七) 动能定理及其应用A组基础巩固1．关于物体的动能，下列说法中正确的是( )A．物体速度变化，其动能一定变化B．物体所受的合外力不为零，其动能一定变化C．物体的动能变化，其运动状态一定发生改变D．物体的速度变化越大，其动能一定也变化越大解析：A选项中若速度的方向变化而大小不变，则其动能不变化，故A错；B选项中物体受合外力不为零，只要速度大小不变，其动能就不变化，如匀速圆周运动中，物体合外力不为零，但速度大小始终不变，动能不变，故B错；C选项中，物体动能变化，其速度一定发生变化，故运动状态改变，C选项正确；D选项中，物体速度变化若仅由方向变化引起时，其动能不变，如匀速圆周运动中，速度变化，但动能始终不变，故D错．答案：C2．一个小物块冲上一固定的粗糙斜面，经过斜面上A、B两点，到达斜面上最高点后返回时，又通过了B、A两点，如图17－1所示，关于物块上滑时由A到B的过程和下滑时由B到A的过程，动能的变化量的绝对值ΔE 上和ΔE下以及所用时间t上和t下相比较，有( )图17－1A．ΔE上＜ΔE下，t上＜t下B．ΔE上＞ΔE下， t上＞t下C．ΔE上＜ΔE下， t上＞t下D．ΔE上＞ΔE下， t上＜t下解析：ΔE上＝W阻＋mgh，ΔE下＝mgh－W阻，即ΔE上＞ΔE下．整个斜面是粗糙的，所以在AB段v上＞v下，t上＜t下．答案：D3.[2018·安徽卷]如图17－2所示，在竖直平面内有一半径为R的圆弧轨道，半径OA水平、OB竖直，一个质量为m的小球自A的正上方P点由静止开始自由下落，小球沿轨道到达最高点B时恰好对轨道没有压力．已知AP＝2R，重力加速度为g，则小球从P到B的运动过程中( )图17－2A ．重力做功2mgRB ．机械能减少mgRC ．合外力做功mgRD ．克服摩擦力做功12mgR解析：一个小球在A 点正上方由静止释放，刚好通过B 点时恰好对轨道没有压力，只有重力提供向心力，即：mg ＝mv 2/R ，得v 2＝gR ，对全过程运用动能定理可得选项D 正确．答案：D4．(多选题)如图17－3所示，长为L 的长木板水平放置，在木板的A 端放置一个质量为m 的小物块．现缓慢地抬高A 端，使木板以左端为轴转动，当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动，此时停止转动木板，小物块滑到底端的速度为v ，则在整个过程中( )图17－3A ．支持力对物块做功为0B ．支持力对小物块做功为mgLsin αC ．摩擦力对小物块做功为mgLsin αD ．滑动摩擦力对小物块做功为12mv 2－mgLsin α解析：缓慢抬高过程中，摩擦力始终跟运动方向垂直，不做功，支持力与重力做功的代数和为零，所以支持力的功等于mgLsin α；下滑过程中支持力跟运动方向始终垂直，不做功，由动能定理可得：mgLsin α＋W f ＝mv22，解得W f ＝12mv 2－mgLsin α；综上所述，B 、D 正确．答案：BD5.刹车距离是衡量汽车安全性能的重要参数之一．如图17－4所示的图线1、2分别为甲、乙两辆汽车在紧急刹车过程中的刹车距离l 与刹车前的车速v 的关系曲线，已知紧急刹车过程中车与地面间是滑动摩擦．据此可知，下列说法中正确的是( )图17－4A ．甲车的刹车距离随刹车前的车速v 变化快，甲车的刹车性能好B ．乙车与地面间的动摩擦因数较大，乙车的刹车性能好C ．以相同的车速开始刹车，甲车先停下来，甲车的刹车性能好D ．甲车的刹车距离随刹车前的车速v 变化快，甲车与地面间的动摩擦因数较大解析：在刹车过程中，由动能定理可知：μmgl ＝12mv 2，得l ＝v 22μg ＝v22a 可知，甲车与地面间动摩擦因数小(题图线1)，乙车与地面间动摩擦因数大(题图线2)，刹车时的加速度a ＝μg ，乙车刹车性能好；以相同的车速开始刹车，乙车先停下来．B 项正确．答案：B6．(多选题)在新疆旅游时，最刺激的莫过于滑沙运动．某人坐在滑沙板上从沙坡斜面的顶端由静止沿直线下滑到斜面底端时，速度为2v 0，设人下滑时所受阻力恒定不变，沙坡长度为L ，斜面倾角为α，人的质量为m ，滑沙板质量不计，重力加速度为g.则( )A ．若人在斜面顶端被其他人推了一把，沿斜面以v 0的初速度下滑，则人到达斜面底端时的速度大小为3 v 0B ．若人在斜面顶端被其他人推了一把，沿斜面以v 0的初速度下滑，则人到达斜面底端时的速度大小为5v 0C ．人沿沙坡下滑时所受阻力F f ＝mgsin α－2mv 20/L D ．人在下滑过程中重力功率的最大值为2mgv 0图17－5解析：对人进行受力分析如图17－5所示，根据匀变速直线运动的规律有：(2v 0)2－0＝2aL ，v 21－v 20＝2aL ，可解得v 1＝5v 0，所以A 错误，B 正确；根据动能定理有：mgLsin α－F f L ＝12m(2v 0)2，可解得F f ＝mgsin α－2mv 2/L ，C 正确；重力功率的最大值为P m ＝2mgv 0sin α，D 错误．答案：BC图17－67．如图17－6所示，ABCD 是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC 的连接处都是一段与BC 相切的圆弧，BC 为水平，其距离d ＝0.50 m ，盆边缘的高度为h ＝0.30 m ．在A 处放一个质量为m 的小物块并让其从静止出发下滑．已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC 面与小物块间的动摩擦因数为μ＝0.10.小物块在盆内来回滑动，最后停下来，则停的地点到B 的距离为( )A ．0.50 mB ．0.25 mC ．0.10 mD ．0解析：分析小物块的运动过程，可知由于克服摩擦力做功，物块的机械能不断减少．根据动能定理可得mgh －μmgx ＝0，物块在BC 之间滑行的总路程x ＝mgh μmg ＝h μ＝0.300.10m ＝3 m ．小物块正好停在B 点，所以选项D 正确．答案：DB 组 能力提升8．[2018·四川省绵阳市南山中学月考]儿童乐园中一个质量为m 的小火车，以恒定的功率P 由静止出发，沿一水平直轨道行驶达到最大速度v m 后做匀速运动，在到达终点前某时刻关闭发动机，小火车又做匀减速直线运动，到达终点时恰好停止．小火车在运动过程中通过的总路程为s ，则小火车运动的总时间为( )A.2s v m ＋mv 2mP B.s v m ＋mv 2m P C.2s v mD.msv mP解析：由动能定理可得：Pt －fs ＝0，f ＝P v m ，得t ＝sv m，这里的t 是在发动机关上前的时间，后来减速的时间是t 2＝v m a ，a ＝f m ＝P mv m ，t 2＝mv 2m P , T ＝t ＋t 2＝s v m ＋mv 2mP，故本题选择B.答案：B9．如图17－7甲所示，静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F 作用下，沿x 轴方向运动，拉力F 随物块所在位置坐标x 的变化关系如图乙所示，图线为半圆．则小物块运动到x 0处时的动能为( )图17－7A ．0 B.12F max x 0 C.π4F max x 0 D.π4x 20 解析：根据动能定理，小物块运动到x 0处时的动能为这段时间内力F 所做的功，物块在变力作用下，不能直接用功的公式来计算，但此题可用根据图象求“面积”的方法来解决．力F 所做的功的大小等于半圆的“面积”大小．E k ＝W ＝12S 圆＝12π⎝ ⎛⎭⎪⎫x 022，又F max ＝x 02.整理得E k ＝π4F max x 0＝π8·x 20，C 选项正确．答案：C10．(多选题)[2018·四川省成都外国语学校月考]如图17－8所示，某生产线上相互垂直的甲、乙传送带等高，宽度均为d ，而且均以大小为v 的速度运行，图中虚线为传送带中线．一工件(视为质点)从甲左端释放，经长时间由甲右端滑上乙，滑至乙中线处时恰好相对乙静止．下列说法中正确的是( )图17－8A ．工件在乙传送带上的痕迹为直线，痕迹长为22d B ．工件从滑上乙到恰好与乙相对静止所用的时间为d2vC ．工件与乙传送带间的动摩擦因数μ＝v2gdD ．乙传送带对工件的摩擦力做功为零解析：物体滑上乙时，相对于乙上的那一点的速度分为水平向右的速度v 和向后的速度v ，合速度为2v ，沿着与乙成45°的方向，那么相对于乙的运动轨迹肯定是直线，故A 正确．假设它受滑动摩擦力f ＝μmg ，方向与合相对速度在同一直线上，则角θ＝45°，则相对于乙的加速度也沿这个方向，经过t 后，它滑到乙中线并相对于乙静止，根据牛顿第二定律，有μmg ＝ma ，解得a ＝μg ；运动距离L ＝2×d 2＝22d ，又L ＝12at 2，L和a 代入所以t ＝d v ，μ＝2v 2gd ，故B 错误、C 错误．滑上乙之前，工件绝对速度为v ，动能为12mv 2，滑上乙并相对停止后，绝对速度也是v ，动能也是12mv 2而在乙上面的滑动过程只有摩擦力做了功，动能没变化，所以乙对工件的摩擦力做功为零，故D 正确．答案：AD11．[2018·黑龙江省庆安县三中月考]飞机若仅依靠自身喷气式发动机推力起飞需要较长的跑道，某同学设计在航空母舰上安装电磁弹射器以缩短飞机起飞距离，他的设计思想如下：如图17－9所示，航空母舰的水平跑道总长l ＝180 m ，其中电磁弹射器是一种长度为l 1＝120 m 的直线电机，这种直线电机从头至尾可以提供一个恒定的牵引力F 牵．一架质量为m ＝2.0×104kg 的飞机，其喷气式发动机可以提供恒定的推力F 推＝1.2×105N ．考虑到飞机在起飞过程中受到的阻力与速度大小有关，假设在电磁弹射阶段的平均阻力为飞机重力的0.05倍，在后一阶段的平均阻力为飞机重力的0.2倍．飞机离舰起飞的速度v ＝100 m/s ，航母处于静止状态，飞机可视为质量恒定的质点．请你求出(计算结果均保留两位有效数字)：图17－9(1)飞机在后一阶段的加速度大小； (2)电磁弹射器的牵引力F 牵的大小．解析：(1)令后一阶段飞机加速度为a 2，平均阻力为f 2＝0.2mg ， 则F 推－f 2＝ma 2， 得a 2＝4.0 m/s 2.(2)由动能定理：F 牵l 1＋F 推l －f 1l 1－f 2(l －l 1)＝12mv 2得F 牵＝6.8×105 N.答案：(1)4.0 m/s 2(2)6.8×105N12．[2018·浙江省慈溪中学月考]如图17－10所示，一小球从A 点以某一水平向右的初速度出发，沿水平直线轨道运动到B 点后，进入半径R ＝10 cm 的光滑竖直圆形轨道，圆形轨道间不相互重叠，即小球离开圆形轨道后可继续向C 点运动，C 点右侧有一壕沟，C 、D 两点的竖直高度h ＝0.8 m ，水平距离s ＝1.2 m ，水平轨道AB 长为L 1＝1 m ，BC 长为L 2＝3 m ，小球与水平轨道间的动摩擦因数μ＝0.2，重力加速度g ＝10 m/s 2，求：(1)若小球恰能通过圆形轨道的最高点，求小球在A 点的初速度？(2)若小球既能通过圆形轨道的最高点，又不掉进壕沟，求小球在A 点的初速度的范围是多少？图17－10解析：(1)对圆周最高点应用牛顿第二定律得 mg ＝m v 21R从A 点到最高点应用动能定理得 －mg(2R)－μmgL 1＝12mv 21－12mv 20，则A 点的速度v 0＝3 m/s.(2)若小球恰好停在C 处，对全程进行研究，则有 －μmg(L 1＋L 2)＝0－12mv′2，解得v′＝4 m/s.所以当3 m/s≤v A ≤4 m/s 时，小球停在BC 间． 若小球恰能越过壕沟时，则有：h ＝12gt 2，s ＝v C t ，从A 到C 有－μmg(L 1＋L 2)＝12mv 2C －12mv″2解得：v″＝5 m/s ，所以当v A ≥5 m/s，小球越过壕沟． 综上，则A 的速度范围是 3 m/s≤v A ≤4 m/s 和v A ≥5 m/s. 答案：(1)v A ＝3 m/s(2)范围是：3 m/s≤v A ≤4 m/s 和v A ≥5m/s13．[2018·上海市宝山区月考]如图17－11所示，在竖直面内有一光滑水平直轨道与半径为R ＝0.25 m 的光滑半圆形轨道在半圆的一个端点B 相切，半圆轨道的另一端点为C.在直轨道上距B 点为x(m)的A 点，有一可看做质点、质量为m ＝0.1 kg 的小物块处于静止状态．现用水平恒力将小物块推到B 处后撤去恒力，小物块沿半圆轨道运动到C 点后，恰好落回到水平面上的A 点，取g ＝10 m/s 2.求：图17－11(1)水平恒力对小物块做的功W 与x 的关系式． (2)水平恒力做功的最小值． (3)水平恒力的最小值．解析：(1)小物块从C 到A 的运动是平抛运动． 设小物块在C 处的速度为v C ，则由C 到A ， x ＝v C t2R ＝12gt 2由以上两式得v 2C＝gx24R，小球从A 到C 有W －2mgR ＝12mv 2C解得W ＝mg(2R ＋x 28R)＝(0.5x 2＋0.5) J.(2)当W 最小时，物块刚好能够通过C 点，此时mv 2CR ＝mg由C 到A 仍做平抛运动，所以v 2C＝gx24R仍成立，由以上两式：x ＝2R代入公式可求得恒力做功的最小值为 W min ＝(0.5＋0.5×4×0.252)J ＝0.625 J (3)由功的公式得F ＝W Fx将W ＝(0.5x 2＋0.5) J ，代入上式得F ＝⎝ ⎛⎭⎪⎫0.5x ＋0.5x N由数学知识可知，当0.5x ＝0.5x ，即x ＝1时F 最小F min ＝1 N.答案：(1)W ＝()0.5x 2＋0.5J (2)0.625 J (3)1 NC 组 难点突破14．[2018·江苏常州模拟]某滑沙场有两个坡度不同的滑道AB 和AB′(均可看作斜面)，甲、乙两名旅游者分别乘两个完全相同的滑沙撬从A 点由静止开始分别沿AB 和AB′滑下，最后都停在水平沙面BC 上，如图17－12所示．设滑沙撬和沙面间的动摩擦因数处处相同，斜面与水平面连接处均可认为是圆滑的，滑沙者保持一定姿势坐在滑沙撬上不动．则下列说法中正确的是( )图17－12A ．甲滑行的总路程一定大于乙滑行的总路程B ．甲在B 点的动能一定等于乙在B′点的动能C ．甲在B 点的速率一定等于乙在B′点的速率D ．甲全部滑行的水平位移一定大于乙全部滑行的水平位移解析：由动能定理列方程计算可得两人最后都停在水平沙面B′C 上同一点，甲滑行的总路程一定大于乙滑行的总路程，甲全部滑行的水平位移一定等于乙全部滑行的水平位移，选项A 正确，D 错误；甲在B 点的动能一定大于乙在B′点的动能，甲在B 点的速率一定大于乙在B′点的速率，选项B 、C 错误．答案：A。
2019高考物理一轮复习课时作业5.2动能定理
第五章第二节动能定理[能力提升课][限时45分钟；满分100分]一、选择题(每小题7分，满分70分)1．(2018·开封一模)如图5－2－10所示，一块长木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物体A，现以恒定的外力拉B，由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动，以地面为参考系，A、B都向前移动一段距离。
在此过程中正确的是图5－2－10A．外力F做的功等于A和B动能的增量B．B对A的摩擦力所做的功，等于A的动能增量C．A对B的摩擦力所做的功，等于B对A的摩擦力所做的功导学号：82210453D．外力F对B做的功等于B的动能的增量解析A物体所受的合外力等于B对A的摩擦力，对A物体运用动能定理，则有B对A的摩擦力所做的功等于A的动能的增量，即B对；A对B的摩擦力与B对A的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，方向相反，但是由于A在B上滑动，A、B对地的位移不等，故二者做功不相等，C错；对B应用动能定理，W F－WF f＝ΔE k B，即W F＝ΔE k B＋WF f，就是外力F对B做的功，等于B的动能增量与B克服摩擦力所做的功之和，D错；由前述讨论知B克服摩擦力所做的功与A的动能增量(等于B对A的摩擦力所做的功)不等，故A错。
答案 B2．如图5－2－11所示，质量相等的物体A和物体B与地面的动摩擦因数相等，在力F的作用下，一起沿水平地面向右移动L，则图5－2－11A ．摩擦力对A 、B 做功相等B ．A 、B 动能的增量相同导学号：82210454C ．F 对A 做的功与F 对B 做的功相等D ．合外力对A 做的总功与合外力对B 做的总功不相等解析 对A 、B 分别受力分析，受力如图所示对A 分析：F N －F sin α－G ＝0，f ＝μF N ＝μ(F sin α＋G )对B 分析：F N1＝G ，f 1＝μF N1＝μG ，W f ＝fL ，W f1＝f 1L ，因为f ＞f 1，所以W f ＞W f1，故A 项错误；根据动能定理可知，A 、B 所受的合外力做的功等于A 、B 物体动能的变化，而A 、B 动能的变化量相等，所以合外力对A 、B 做的功相等，故B 正确，D 错误；F 对B 不做功，只对A 做功，故C 错误。
2019年高考物理一轮复习精品资料实验五 探究动能定理(教学案) 含解析
2019年高考物理一轮复习精品资料1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.体会探究过程和所使用的方法．【实验目的】1．通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系．2．通过分析实验数据，总结出做功与物体速度的平方的正比例关系.【实验原理】探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用图1所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v.【实验器材】小车(前面带小钩)、100 g～200 g砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)，打点计时器及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器则不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．【实验步骤】1．按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．图12．先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格．3．用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．4．用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格.【数据处理】先对测量数据进行估计，或者作个W－v草图，大致判断两个量可能是什么关系．如果认为可能是W∝v2，对于每一个速度值算出它的二次方，然后以W为纵坐标、v2为横坐标作图，如果这样作出来的图象是一条直线，说明两者关系真的就是W∝v2.【误差分析】1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．3．利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准会带来误差．【注意事项】1．平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器j打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板一个合适的倾角．2．测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点．3．橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的一种思想和手段．(历史上卡文迪许扭秤实验和这里相似)高频热点一实验原理及数据处理【例1】如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。
南方新高考高考物理大一轮复习实验五探究动能定理课件
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(4)若在本实验中轨道水平放置，其他条件和实验步骤不 变，假设(jiǎshè)木板与轨道之间的动摩擦因数为μ.测得多组 F、t1、t2
的数据，并得到 F 与t122－t121的关系图象如图丙所示.已知图象在纵
轴上的答截距案为：b，(1直)线C的D斜率(2为)0k，.1求50解μ＝(3__)_②__M__2d__2_t1(22用－字t1母21
甲
乙
丙
图 S5-4
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(1)实验(shíyàn)中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是______ _____________________________________________________.
A.为了使释放(shìfàng)木板后，木板能匀加速下滑
BC..可为使了得增细大线木拉板力下(lā滑lì)的做加的速功等度于合力对木板做的功
关的器材(qìcái)，如：学生电源、导线、复写纸、纸带必须有，处理
纸带时，2为.数测据量计处时点理间的距，方还法应有(f刻ā度ng尺f.ǎ)[对应第(2)(3)题]
(1)纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的
末速度. (2)因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的长度，故橡皮筋对小
车做的总功与橡皮筋条数成正比.
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2.误差(wùchā)分析
(1)橡皮筋的粗细不一致，导致做的功与条数不成正比；
(2)平衡摩擦力时，木板(mù bǎn)倾角过大或过小；
(3)测量纸带上各点之间的间距时有误差；
(4)纸带上的点没有对应小车匀速运动时刻.
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⊙典例剖析(pōuxī)
例 2：如图 S5-6 所示是某研究性学习小组做探究“橡皮筋 做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮 筋作用下弹出，沿木板滑行的情形(qíng xing).这时，橡皮筋对小车做的功 记为 W.当我们把 2 条、3 条…完全相同的橡皮筋并在一起进行 第 2 次、第 3 次…实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放. 小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出.
2019高考物理一轮复习课时作业实验5探究动能定理
第五章实验五探究动能定理[实验探究课][限时30分钟]1．(2018·福州模拟)如图实Ⅴ－13所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。
当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、…橡皮筋重复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W、…。
导学号：82210519图实Ⅴ－13(1)图中电火花计时器的工作电压是________V的交变电流；(2)实验室提供的器材如下：长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等，还缺少的测量工具是________；(3)图实Ⅴ－14中小车上有一固定小立柱，下图给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，你认为最合理的套接方式是图实Ⅴ－14(4)在正确操作的情况下，某次所打的纸带如图实Ⅴ－15所示。
打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量(根据下面所示的纸带回答)，小车获得的速度是________m/s。
(计算结果保留两位有效数字)图实Ⅴ－15解析(1)电火花计时器的工作电压是220 V的交变电流；(2)用打点计时器打出纸带后，记录了位置和时间，如果计算速度还需要测出位移，故需要刻度尺；(3)实验的操作要求是使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能，为避免橡皮筋与立柱之间相互作用，只有A 符合要求；(4)使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能后，小车做匀速运动，纸带GJ符合要求，由v＝xT得v＝0.65 m/s。
答案(1)220(2)刻度尺(3)A(4)GJ0.652．某同学用如图实Ⅴ－16甲所示装置做“探究合力的功与动能改变量的关系”的实验，他通过成倍增加位移的方法来进行验证。
方法如下：将光电门固定在水平轨道上的B 点，用重物通过细线拉小车，保持小车(带遮光条)和重物的质量不变，通过改变小车释放点到光电门的距离进行多次实验，每次实验时要求小车都由静止释放。
2019大一轮高考总复习物理练习：实验05 探究动能定理模拟演练 含解析 精品
第五章 实验五1．(2013·福建卷)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲)：甲(1)下列说法哪一项是正确的____________.(填选项前字母)A ．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B ．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C ．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O 、A 、B 、C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz ，则打B 点时小车的瞬时速度大小为____________m/s.(保留三位有效数字)乙解析：本实验与“验证牛顿运动定律”实验的思想、方法类似．(1)平衡摩擦力是使小车所受重力沿平行于板面方向上的分力与小车所受摩擦力相平衡．故应该避免小车再受其他力，应将细线与小车断开，选项A 错误．对钩码mg －F T ＝ma ，对小车F T ＝Ma ，解得F T ＝M M ＋m ·mg ＝mg 1＋m M，当m ≤M 时，F T 约等于mg ，选项B 错误．实验时要充分利用纸带，故应使小车靠近打点计时器，选项C 正确．(2)交流电频率为50 Hz ，则周期T ＝1f＝0.02 s ．由运动学公式知，B 点瞬时速度大小为AC 中间时刻的速度大小，即v B ＝x AC 2t ＝18.59－5.532×5×0.02×10－2 m /s ＝0.653 m/s. 答案：(1)C (2)0.6532．(2013·新课标全国卷Ⅱ)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图甲所示．向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能E p 与小球抛出时的动能E k 相等．已知重力加速度大小为g .为求得E k ，至少需要测量下列物理量中的____________.(填正确答案标号)A ．小球的质量mB ．小球抛出点到落地点的水平距离sC ．桌面到地面的高度hD ．弹簧的压缩量ΔxE ．弹簧原长l 0(2)用所选取的测量量和已知量表示E k ，得E k ＝__________.(3)图乙中的直线是实验测量得到的s -Δx 图线．从理论上可推出，如果h 不变，m 增加，s -Δx 图线的斜率会__________(填“增大”“减小”或“不变”)；如果m 不变，h 增加，s -Δx 图线的斜率会____________(填“增大”“减小”或“不变”)．由图乙中给出的直线关系和E k 的表达式可知，E p 与Δx 的____________次方成正比．解析：利用平抛运动的规律可将对瞬时速度的测量转化为对长度的测量．(1)本实验通过对平抛运动的计算，测量小球获得的动能，再根据机械能守恒，可得到弹簧的弹性势能，故需要测量的量有小球从抛出点到落地点的水平距离s 、桌面到地面的高度h 、小球的质量m ，A 、B 、C 正确．(2)由h ＝12gt 2，s ＝v t 可得v ＝s g 2h ，故E k ＝12m v 2＝mgs 24h. (3)由s ＝v 0t ，h ＝12gt 2可知，h 不变，则s ∝v 0；而对相同的Δx ，当小球质量m 增大时，平抛初速度减小，s 减小，因此图线斜率k ＝s Δx减小；如果m 不变，h 增大，则相同的Δx 时s 会增大，斜率会增大．根据机械能守恒，E p ＝E k ＝mgs 24h，由题图知s ∝Δx ，故E p ∝Δx 2. 答案：(1)ABC (2)mgs 24h(3)减小 增大 2 3．(2014·天津卷)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_____________________________.(2)实验开始时，先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个__________(填字母代号)．A ．避免小车在运动过程中发生抖动B ．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C ．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D ．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法：_________________________________________________.(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些，这一情况可能是下列哪些原因造成的____________(填字母代号)．A ．在接通电源的同时释放了小车B ．小车释放时离打点计时器太近C ．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D ．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力解析：(1)实验中要计算绳拉力对小车所做的功，根据公式W ＝FL ，其中F 为绳子上的拉力，需要用钩码的重力近似代替(另外，计算小车动能E k ＝12m v 2，需要称量小车质量)；L 为小车在拉力作用下的位移，可通过对纸带的测量得出．因此，还需要用到的器材有刻度尺、天平．(2)细绳与木板平行，保证细绳对小车的拉力与木板平行，不会向上或向下倾斜，平衡摩擦力后，细绳对小车的拉力就等于小车受到的合力，D 正确．(3)纸带上点数较少说明小车运动过快，加速度较大，根据F ＝ma ，若减小加速度，可采取增大小车质量的方法，即在小车上加适量的砝码(或钩码)．(4)如果未完全平衡掉摩擦力，在运动中可能需要克服摩擦力做功，会出现拉力做功大于小车动能增加量的情况，C 正确．将钩码重力当作拉力计算出的功，应等于小车和钩码共同的动能增量，大于小车动能增量．从动力学的角度，因为钩码加速下落，对小车的拉力小于自身重力，D 正确．答案：(1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D (3)可在小车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD4．为了“探究动能改变与合外力做功的关系”，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示．第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示．打出的纸带如图丙所示．请回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数点间的时间间隔为Δt ，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B 点时滑块运动的速度v B ＝____________.(2)已知重锤质量为m ，当地的重力加速度为g ，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块____________(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W 合＝____________.(3)算出滑块运动OA 、OB 、OC 、OD 、OE 段合外力对滑块所做的功W 以及在A 、B 、C 、D 、E 各点的速度v ，以v 2为纵轴、W 为横轴建立直角坐标系，描点作出v 2－W 图象，可知该图象是一条____________，根据图象还可求得____________.解析：(1)由打出的纸带可知B 点的速度为v B ＝x 3－x 12Δt；(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x ，由动能定理可知W 合＝ΔE k ，即mgx ＝ΔE k ；(3)v 2-W 图象应该为一条过原点的直线，根据ΔE k ＝12M v 2可求得M 的值． 答案：(1)x 3－x 12Δt(2)下滑的位移x (3)过原点的直线 滑块的质量M。
2019年度高考物理一轮复习第五章机械能实验五探究动能定理学案20180804244
实验五探究动能定理1.实验目的探究功与物体速度变化的关系.2.实验原理(如图1所示)图1(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为2W.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W.(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系.3.实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉、刻度尺等.4.实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力.(2)拉伸的橡皮筋对小车做功：①用一条橡皮筋拉小车——做功W.②用两条橡皮筋拉小车——做功2W.③用三条橡皮筋拉小车——做功3W.(3)测出每次做功后小车获得的速度.(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W－v或W－v2、W－v3、……图象，直到明确得出W和v的关系.5.实验结论物体速度v 与外力做功W 间的关系W ＝12mv 2.1.实验注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡.方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角.(2)测小车速度时，应选纸带上的点迹均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分. (3)橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值.(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些. 2.实验探究的技巧与方法(1)不直接计算W 和v 的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的W 和v 是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理.(2)作W －v 图象，或W －v 2、W －v 3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线.命题点一 教材原型实验例1 如图2所示是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形.这时，橡皮筋对小车做的功记为W .当我们把2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放.小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打出的纸带测出.图2(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有；(2)平衡摩擦力后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的部分进行测量；(3)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；橡皮筋做的功10个间距的距离x(m)10个间距的时间T(s)小车获得的速度v n小车速度的平方v n2第1次W 0.2000.2第2次0.2800.2第3次0.3000.2第4次0.4000.2第5次0.4500.2(4)从理论上讲，橡皮筋做的功W n和物体速度v n变化的关系应是W n∝，请你根据表中测定的数据在如图3所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性.图3答案(1)刻度尺(2)点距均匀(3)2W3W4W5W(4)v n2见解析图解析(1)计算小车速度需要测量纸带上的点间的距离，要用刻度尺.(2)小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀.(3)橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加W.(4)纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑曲线连线作出v n2－W n图象，如图所示.变式1某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，图4中小车是在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.图4(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、(填测量工具)和(选填“交流”或“直流”)电源.(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是( )A.放开小车，能够自由下滑即可B.放开小车，能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是( )A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图5中纸带的部分进行测量.图5答案(1)刻度尺交流(2)D (3)B (4)GK解析(1)为测量小车获得的速度，必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离；打点计时器必须使用交流电源.(2)平衡摩擦力时，也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力.根据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力.(3)若木板水平放置，则未平衡摩擦力.小车速度最大时，也就是加速度为零的时刻，即橡皮筋对小车的拉力等于小车受到的摩擦力的时刻，此时橡皮筋处于伸长状态，小车还未到两个铁钉的连线处，B正确.(4)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量，此时小车的速度最大，即GK部分.命题点二实验装置的创新1.装置时代化↓↓↓↓↓2.求解智能化(1)摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力→自由下落阻力减少→气垫导轨减少摩擦力.(2)速度的测量方法：匀速运动速度→测量纸带上各点速度→光电门v＝dΔt→速度传感器直接显示速度大小.创新点1 实验装置的创新——利用重物牵引小车例2(2017·北京理综·21)如图6所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况.利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验.图6(1)打点计时器使用的电源是(选填选项前的字母).A.直流电源B.交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是(选填选项前的字母).A.把长木板右端垫高B.改变小车的质量在不挂重物且(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车.若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.A.计时器不打点B.计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图7所示.图7实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W＝，打B点时小车的速度v＝.(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做出如图8所示的v2－W图象.由此图象可得v2随W变化的表达式为.根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2这个因子，分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是.图8(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图中正确反映v2－W关系的是.答案(1)B (2)A B (3)mgx2x3－x1 2T(4)v2＝4.7W质量(5)A解析(1)打点计时器使用交流电源.(2)平衡摩擦力的方法为将木板一端垫高，使得重力沿木板方向的分力与摩擦力和其他阻力平衡，使小车做匀速直线运动；判断小车做匀速直线运动是根据纸带上相邻点间的距离相等判定，故需计时器打点.(3)拉力大小为mg，O到B位移为x2，根据功的公式得W＝mgx2.由于小车做匀加速直线运动，B 点为AC 的时间中点，AC 段的平均速度等于B 点的瞬时速度，即v ＝x 3－x 12T.(4)因v 2W 图象为直线，则设v 2＝kW ＋b ，从图中读出b ＝0.005，在图中直线上任取两个相距较远的点，可得：k ≈4.7，在作图误差允许的范围内表达式可写成v 2＝4.7W .由等式两端的物理量单位可知，左侧单位m 2·s －2，右侧W 单位为J.所以k 的单位为m 2·s －2J ＝m 2·s－2kg·m 2·s－2＝1kg，所以与斜率有关的物理量是质量. (5)设小车质量为M ，以重物与小车整体为研究对象，则a ＝mgm ＋M，设小车滑行x 时速度为v ，则v 2－0＝2ax .可得v 2＝2m ＋M ·mgx .实验中认为W ＝mgx ，所以v 2＝2m ＋M·W ，m 与M 为定值，故A 正确.创新点2 实验装置的创新——利用光电门和气垫导轨例3 (2017·云南昆明模拟)利用气垫导轨探究动能定理，实验装置如图9所示.实验步骤如下：图9①调整水平桌面上的气垫导轨至水平；②测量挡光条的宽度l ，两光电门间的中心间距s ，用天平称出滑块和挡光条的总质量M ，托盘和砝码的总质量m ；③将滑块移至光电门1左侧某位置，由静止释放滑块，从计时器中分别读出挡光条通过两光电门的时间Δt 1、Δt 2.用测量的物理量求解下列物理量：(1)滑块通过光电门1和2时瞬时速度分别为v 1＝，v 2＝.(2)滑块通过光电门1和2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝，E k2＝.外力对系统做的功为W ＝.(3)实验中，验证动能定理是否成立的关系式为. 答案 (1)l Δt 1 lΔt 2(2)12(M ＋m )(l Δt 1)2 12(M ＋m )(l Δt 2)2 mgs (3)mgs ＝12(M ＋m )[(l Δt 2)2－(l Δt 1)2]解析 (1)由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度，v 1＝l Δt 1，v 2＝l Δt 2. (2)根据动能的定义式得：通过光电门1，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能为E k1＝12(M ＋m )(l Δt 1)2通过光电门2，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能为E k2＝12(M ＋m )(l Δt 2)2在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，外力对系统做的总功W ＝mgh ＝mgs . (3)如果W ＝ΔE k ＝E k2－E k1，则可认为验证了动能定理. 创新点3 实验装置的创新——利用传感器例4 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器来探究动能定理.如图10所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到的拉力的大小.在水平桌面上相距50.0cm 的A 、B 两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A 、B 时的速度大小.小车中可以放置砝码.图10(1)实验主要步骤如下：①测量和拉力传感器的总质量m 1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需装置.②将小车停在C 点，接通电源，，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A 、B 时的速度.③在小车中增加砝码，或，重复②的操作.(2)如表是他们测得的几组数据，其中m 是m 1与小车中砝码质量之和，|v 22－v 12|是两个速度传感器所记录速度的二次方差的绝对值，可以据此计算出动能变化量ΔE k ，F 是拉力传感器受到的拉力，W 是F 在A 、B 间所做的功.表格中的ΔE k3＝J ，W 3＝J.(结果保留三位有效数字)数据记录表次数 m /kg|v 22－v 12|/(m 2·s－2)ΔE k /J F /NW /J1 0.500 0.760 0.190 0.400 0.2002 0.500 1.650 0.413 0.840 0.42030.5002.400ΔE k31.220W 34 1.000 2.400 1.200 2.420 1.210 51.0002.8401.4202.8601.430(3)根据表中数据在图11中的坐标纸上作出ΔE k —W 图线.图11答案 (1)①小车 ②然后释放小车 ③减少砝码 (2)0.600 0.610 (3)见解析图解析 (2)ΔE k3＝12m |v 22－v 12|＝12×0.500×2.400J＝0.600JW 3＝F 3·L AB ＝1.220×0.500J＝0.610J(3)如图所示命题点三 实验方案的创新例5 为了探究动能改变与合外力做功的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹子的重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图12甲所示.第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示.打出的纸带如图丙所示.图12请回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数点间的时间间隔为Δt ，O 点为打点计时器打下的第一点，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B 点时滑块运动的速度v B ＝.(2)已知重锤质量为m ，当地的重力加速度为g ，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W 合＝.(3)算出滑块运动OA 、OB 、OC 、OD 、OE 段合外力对滑块所做的功W 以及在A 、B 、C 、D 、E 各点的速度v ，以v 2为纵轴、W 为横轴建立直角坐标系，描点作出v 2－W 图象，可知该图象是一条，根据图象还可求得.答案 (1)x 3－x 12Δt(2)下滑的位移x mgx (3)过原点的直线 滑块的质量M 解析 (1)由打出的纸带可知B 点的速度为v B ＝x 3－x 12Δt；(2)由功的定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x ，由动能定理可知W 合＝ΔE k ，即mgx ＝ΔE k ；(3)v 2－W 图象应该为一条过原点的直线，根据ΔE k ＝12Mv 2可求得M 的值. 变式2 测量滑块在运动过程中所受的合外力是探究动能定理实验要解决的一个重要问题.为此某同学设计了如下实验方案：A.实验装置如图13甲所示，滑块后面夹纸带，纸带穿过打点计时器(频率为50Hz).一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑的轻质滑轮挂上钩码，用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫起.调整长木板的倾角，打开打点计时器后轻推滑块，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；B.保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，打开打点计时器，让滑块只拖着纸带沿长木板向下做匀加速直线运动.请回答下列问题：图13(1)滑块做匀速直线运动时，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是.(2)滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力大小(选填“大于”“等于”或“小于”)钩码的重力大小. (3)当滑块沿长木板向下做匀加速直线运动时，某同学打出的一条纸带如图乙所示，用刻度尺测得计数点1、2、3、4到计数起点0的距离分别为3.15cm 、12.40cm 、27.70cm 、49.05cm.由此可得物体的加速度为m/s 2.(计算结果保留三位有效数字)(4)若滑块质量为m 0、钩码质量为m ，当打点计时器打下1、3点时滑块的速度分别为v 1和v 2，1、3两点之间距离为s ，重力加速度为g ，探究结果的表达式是.(用相应的符号表示)答案 (1)等间距(或均匀)的 (2)等于 (3)6.06 (4)mgs ＝12m 0v 22－12m 0v 12 解析 (1)此实验平衡摩擦力后，确定滑块做匀速直线运动的依据是，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是等间距的.(2)因为在钩码作用下，滑块做匀速运动.根据力的合成可知，当去掉钩码后小车受到的合力大小等于钩码的重力大小.(3)根据匀变速直线运动过程，在相等时间内走过的位移差是一个定值可得a＝[49.05－27.70－12.40－3.15]＋[27.70－12.40－3.15]4×5×0.022×10－2m/s 2≈6.06m/s 2.(4)根据(2)可得滑块受到的合力所做的功为mgs ，而1、3两点的动能差为12m 0v 22－12m 0v 12，所以只需验证mgs ＝12m 0v 22－12m 0v 12.。
【高中物理】2019届高考物理一轮复习第5章机械能第2讲动能定理及其应用课时作业及答案.doc
2、动能定理及其应用[基础训练]1．关于运动物体所受的合外力、合外力做的功及动能变化的关系，下列说法正确的是( )A．合外力为零，则合外力做功一定为零B．合外力做功为零，则合外力一定为零C．合外力做功越多，则动能一定越大D．动能不变，则物体合外力一定为零答案：A 解析：由W＝Fl cos α可知，物体所受合外力为零，合外力做功一定为零，但合外力做功为零，可能是α＝90°，故A正确，B错误；由动能定理W＝ΔE k可知，合外力做功越多，动能变化量越大，但动能不一定越大，动能不变，合外力做功为零，但合外力不一定为零，C、D均错误．2．如图所示，ABCD是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧，B、C在水平线上，其距离d＝0.5 m．盆边缘的高度为h＝0.3 m．在A处放一个质量为m的小物块并让其由静止下滑．已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为μ＝0.1.小物块在盆内来回滑动，最后停下来，则停下的位置到B的距离为( )A．0.5 m B．0.25 mC．0.1 m D．0答案：D 解析：由mgh＝μmgx，得x＝3 m，而xd＝3 m0.5 m＝6，即3个来回后，小物块恰停在B点，选项D正确．3．(2018·辽宁沈阳质检)一木块静止在光滑的水平面上，将一个大小恒为F的水平拉力作用在该木块上，经过位移x时，拉力的瞬时功率为P；若将一个大小恒为2F的水平拉力作用在该木块上，使该木块由静止开始运动，经过位移x时，拉力的瞬时功率是( )A.2P B．2P C．22P D．4P答案：C 解析：对第一个过程，根据动能定理，有Fx＝12mv21，经过位移x时的瞬时功率P＝Fv1＝F·2Fxm；同理，对第二个过程有2Fx＝12mv22，经过位移x时的瞬时功率P′＝2Fv2＝4F·Fxm；所以P′＝22P，C项正确．4．(2018·山东济南模拟)光滑斜面上有一个小球自高为h的A处由静止开始滚下，到达光滑的水平面上的B点时速率为v0.光滑水平面上每隔相等的距离设置了一个与小球运动方向垂直的阻挡条，如图所示，小球越过n条阻挡条后停下来．若让小球从2h高处以初速度v0滚下，则小球能越过阻挡条的条数为(设小球每次越过阻挡条时损失的动能相等)( )A．n B．2n C．3n D．4n答案：C 解析：设每条阻挡条对小球做的功为W，小球自高为h的A处由静止开始滚下到B处，由动能定理有mgh＝12mv2，当小球在水平面上滚动时，由动能定理有－nW＝0－12mv2；让小球从2h高处以初速度v0滚下到停止，由动能定理有mg·2h－n′W＝0－12mv2，三式联立解得n′＝3n，所以选项C正确．5．用水平力F拉一物体，使物体在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动，t1时刻撤去拉力F ，物体做匀减速直线运动，到t 2时刻停止，其速度—时间图象如图所示，且α>β，若拉力F 做的功为W 1，平均功率为P 1，物体克服摩擦阻力F 1做的功为W 2，平均功率为P 2，则下列选项正确的是( )A ．W 1>W 2， F ＝2F fB ．W 1＝W 2，F >2F fC ．P 1<P 2，F >2F fD ．P 1＝P 2，F ＝2F f答案：B 解析：整个运动过程中，根据动能定理有W 1－W 2＝0，所以W 1＝W 2，又P 1＝W 1t 1，P 2＝W 2t 2，t 2>t 1，所以P 1>P 2.根据牛顿第二定律，施加拉力F 时，加速度大小a 1＝F －F fm ，撤去拉力后加速度大小a 2＝F fm，v t 图线斜率的绝对值表示加速度的大小，根据题图可知a 1>a 2，即F －F f m >F fm，可得F >2F f ，综上分析，B 正确．6．(2018·吉林摸底)如图所示，将质量为m 的小球以速度v 0由地面竖直向上抛出．小球落回地面时，其速度大小为34v 0.设小球在运动过程中所受空气阻力的大小不变，则空气阻力的大小等于( )A.34mgB.316mgC.716mgD.725mg 答案：D 解析：对小球向上运动，由动能定理有，－(mg ＋f )H ＝0－12mv 20，对小球向下运动，由动能定理有，(mg －f )H ＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫34v 02，联立解得f ＝725mg ，故D 正确．7．(2018·河北保定调研)(多选)如图所示，长为L 的轻质硬杆A 一端固定小球B ，另一端固定在水平转轴O 上．现使轻杆A 绕转轴O 在竖直平面内匀速转动，轻杆A 与竖直方向夹角α从0°增加到180°的过程中，下列说法正确的是( )A ．小球B 受到的合力的方向始终沿着轻杆A 指向轴O B ．当α＝90°时，小球B 受到轻杆A 的作用力方向竖直向上C ．轻杆A 对小球B 做负功D ．小球B 重力做功的功率不断增大答案：AC 解析：小球做匀速圆周运动，受到的合外力总是指向圆心O ，选项A 对；转过90°时，轻杆对小球的弹力的水平分力提供小球做圆周运动的向心力，竖直分力平衡小球重力，小球受到杆的作用力指向左上方，选项B 错；在转动过程中小球的重力做正功，动能不变，应用动能定理可知轻杆对小球做负功，选项C 对；小球竖直方向的分速度先增大后减小，小球重力做功的功率先增大后减小，选项D 错．[能力提升]8．如图所示，一质量m ＝0.75 kg 的小球在距地面高h ＝10 m 处由静止释放，落到地面后反弹，碰撞时无能量损失．若小球运动过程中受到的空气阻力f 大小恒为2.5 N ，取g ＝10 m/s 2.求：(1)小球与地面第一次碰撞后向上运动的最大高度；(2)小球从静止开始运动到与地面发生第五次碰撞时通过的总路程． 答案：(1)5 m (2)28.75 m解析：(1)设小球与地面第一次碰撞后向上运动的高度为h 2，从开始由静止释放到第一次碰撞后运动高度h 2的过程，由动能定理可得mg (h －h 2)－f (h ＋h 2)＝0解得h 2＝mg －fmg ＋fh ＝5 m. (2)设小球与地面第二次碰撞后向上运动的距离为h 3，从第一次碰撞后运动的高度h 2处静止下落到第二次碰撞后向上运动距离h 3的过程，由动能定理可得，mg (h 2－h 3)－f (h 2＋h 3)＝0解得h 3＝mg －f mg ＋f h 2＝⎝⎛⎭⎪⎫mg －f mg ＋f 2h 同理得h n ＝⎝⎛⎭⎪⎫mg －f mg ＋f n －1h 小球从静止开始运动到与地面发生第五次碰撞时通过的总路程s ＝h ＋2(h 2＋h 3＋h 4＋h 5)＝28.75 m.9．(2018·陕西一测)如图所示，一个小球由A 静止开始沿粗糙的14圆周轨道顶端运动到底端B 时速度为v 1，克服摩擦力做功W 1；以速度v 2从底端B 出发，恰好能运动到顶端A ，克服摩擦力做功为W 2，则( )A．v1>v2，W1>W2B．v1＝v2，W1>W2 C．v1＝v2，W1＝W2D．v1<v2，W1<W2答案：D 解析：对小球由14圆周轨道的顶端A静止开始的下滑过程，由动能定理，mgR－W1＝12mv21；对小球由14圆周轨道的底端B出发的运动过程，由动能定理，－mgR－W2＝0－1 2mv22；显然v1<v2.把14圆周轨道分割成很多微元，两个过程在对应微元上，第二个过程的速度较大，对轨道的压力较大，所受的滑动摩擦力较大，克服摩擦力做功较多，即W1<W2，选项D正确．10．(2018·吉林三校联考)如图所示，竖直平面内放一直角杆MON，OM水平，ON竖直且光滑，用不可伸长的轻绳相连的两小球A和B分别套在OM和ON杆上，B球的质量为2 kg，在作用于A球的水平力F的作用下，A、B均处于静止状态，此时OA＝0.3 m，OB ＝0.4 m，改变水平力F的大小，使A球向右加速运动，已知A球向右运动0.1 m时速度大小为 3 m/s，则在此过程中绳的拉力对B球所做的功为(取g＝10 m/s2)( )A．11 J B．16 J C．18 J D．9 J答案：C 解析：A 球向右运动0.1 m 时，v A ＝3 m/s ，OA ′＝0.4 m ，OB ′＝0.3 m ，设此时∠BAO ＝α，则有tan α＝34.v A cos α＝v B sin α，解得v B ＝4 m/s.此过程中B 球上升高度h ＝0.1 m ，由动能定理，W －mgh ＝12mv 2B ，解得绳的拉力对B 球所做的功为W ＝mgh ＋12mv 2B ＝2×10×0.1 J ＋12×2×42 J ＝18 J ，选项C 正确． 11．(2018·广东清远三中质检)(多选)如图所示，长为L 的长木板水平放置，在木板的A 端放置一个质量为m 的小物块，现缓慢地抬高A 端，使木板以左端为轴转动，当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动，此时停止转动木板，小物块滑到底端的速度为v ，则在整个过程中( )A ．木板对小物块做功为12mv 2B ．摩擦力对小物块做功为mgL sin αC ．支持力对小物块做功为0D ．滑动摩擦力对小物块做功为12mv 2－mgL sin α答案：AD 解析：设在整个过程中，木板对物块做功为W ，整个过程中重力做功为零，则根据动能定理得：W ＝12mv 2，故A 正确．在木板从水平位置开始转动到与水平面的夹角为α的过程中，摩擦力不做功，物块沿木板下滑过程中，摩擦力对物块做功．由于摩擦力小于重力沿斜面向下的分力，即f <mg sin α，则摩擦力对物块做功W f ＝－fL ≠－mgL sinα，故B 错误．在木板从水平位置开始转动到与水平面的夹角为α的过程中，支持力对物块做功，设为W N ，根据动能定理得：W N －mgL sin α＝0，得W N ＝mgL sin α，故C 错误．在物块下滑的过程中，根据动能定理得：mgL sin α＋W f＝12mv2－0，则Wf＝12mv2－mgL sin α，故D正确．12．(2018·江西吉安期末)(多选)如图所示，质量为m的小球(可视为质点)用长为L 的细线悬挂于O点，自由静止在A位置．现用水平力F缓慢地将小球从A拉到B位置而静止，细线与竖直方向夹角为θ＝60°，此时细线的拉力为T1，然后撤去水平力F，小球从B返回到A点时细线的拉力为T2，则( )A．T1＝T2＝2mgB．从A到B，拉力F做功为mgLC．从B到A的过程中，小球受到的合外力大小不变D．从B到A的过程中，小球重力的瞬时功率先增大后减小答案：AD 解析：分析小球在B点受力可得T1＝2mg，撤去拉力后，根据动能定理，mgL(1－cos θ)＝12mv2，在A点，T2－mg＝mv2L，可得T2＝2mg，W F－mgL(1－cos θ)＝0，W F ＝12mgL，选项A正确，B错误；从B到A过程中，在A、B两点重力的瞬时功率都等于零，D正确；在B点小球所受合外力为mg sin θ，在A点的合外力为mg，选项C错误．13．泥石流是在雨季由于暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大．泥石流流动的全过程虽然只有很短时间，但由于其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大．某课题小组对泥石流的威力进行了模拟研究，如图甲所示，在水平地面上放置一个质量为m＝5 kg的物体，让其在随位移均匀减小的水平推力作用下运动，推力F随位移变化如图乙所示，已知物体与地面间的动摩擦因数为μ＝0.6，取g＝10 m/s2.求：甲乙(1)物体在运动过程中的最大加速度为多大？(2)在距出发点多远处，物体的速度达到最大？(3)物体在水平面上运动的最大位移是多大？答案：(1)10 m/s2(2)2.5 m (3)5.33 m解析：(1)当推力F最大时，加速度最大由牛顿第二定律得F－μmg＝ma得a＝10 m/s2.(2)由图象可知：F随x变化的函数方程为F＝80－20x速度最大时，合外力为零即F＝μmg所以x＝2.5 m.(3)位移最大时，末速度一定为0 由动能定理可得WF－μmgs＝0由图象可知，力F做的功为W F ＝12Fx＝160 J所以s＝16030m＝5.33 m.。
2019届高考物理一轮复习第5章机械能第6讲探究动能定理课时作业(含解析)
6、探究动能定理[基础训练]1．(2018·河南十所名校测试)某实验小组用如图所示装置“探究功与物体速度变化的关系”．(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力，应该采用下面所述方法中的________(填入选项前的字母代号)．A．逐步调节木板的倾斜程度，让小车能够自由下滑B．逐步调节木板的倾斜程度，让小车在橡皮筋作用下开始运动C．逐步调节木板的倾斜程度，给小车一初速度，让拖着纸带的小车匀速下滑D．逐步调节木板的倾斜程度，让其拖着纸带自由下滑(2)如图所示是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带，已知打点计时器连接的电源的频率为50 Hz，则橡皮筋恢复原长时小车的速度为________m/s(结果保留三位有效数字)．答案：(1)C (2)1.39(1.38～1.40均正确)2．(2018·湖南衡阳联考)某同学为探究合力做功与物体动能改变的关系，设计了如下实验，他的操作步骤是：甲乙①按图甲摆好实验装置，其中小车质量M ＝0.4 kg ，钩码总质量m ＝0. 1 kg.②先接通打点计时器的电源(电源频率f ＝50 Hz)，然后释放小车，打出一条纸带．(1)经过多次重复实验，他从打出的多条纸带中选出一条打点清晰的，如图乙所示．把打下的第一点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d 1＝0.041 m ，d 2＝0.055 m ，d 3＝0.167 m ， d 4＝0.256 m ，d 5＝0.360 m ，….他把钩码重力(当地重力加速度g ＝9.8 m/s 2)作为小车所受合力，算出0点到第4个计数点合力做功W ＝________J ，打下第4个计数点时小车动能E k ＝________J ．(结果保留三位有效数字)(2)此实验探究的结果，他未能得到“合力对物体做的功等于动能的变化”，且误差很大，主要原因有___________________.(只需答一条)答案：(1)0.251 0.186 (2)见解析解析：(1)根据题意，小车所受合力为：F ＝mg ＝0.98 N0点到第4个计数点合力做功W ＝Fs ＝mgd 4＝0.251 J根据匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程的平均速度，可求出打下第4个计数点时小车的速度大小 v 4＝d 5－d 32T其中T ＝5×0.02 s＝0.1 sd 5＝0.360 md 3＝0.167 m解得v 4＝0.965 m/s则打下第4个计数点时小车动能E k ＝12Mv 24＝12×0.4×0.9652 J ＝0.186 J. (2)主要原因：①钩码质量太大；②没有平衡摩擦力．3．某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理．(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x＝________cm.(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是__________________________．(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？________(填“是”或“否”)．答案：(1)50.00 (2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否解析：(1)两光电门中心之间的距离x＝70.30 cm－20.30 cm＝50.00 cm.(2)由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．(3)由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．4．某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为弹簧测力计，P为小桶(内有砂子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦．实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点．甲乙 (1)该同学在一条比较理想的纸带上，将点迹清楚的某点记为零点，顺次选取一系列点，分别测量这些点到零点之间的距离s ，计算出它们与零点的速度平方差Δv 2＝v 2－v 20，弹簧测力计的读数为F ，小车的质量为m ，然后建立Δv 2x 坐标系，通过描点法得到的图象是一条过原点的直线，如图乙所示，则这条直线的斜率的意义为______________________________________.(填写表达式)(2)若测出小车质量为0.4 kg ，结合图象可求得小车所受合外力的大小为________ N.答案：(1)2F m(2)2 解析：(1)根据动能定理可知Fx ＝12m Δv 2， 所以理论上Δv 2＝2F m x ∝x ，Δv 2x 图象为过原点的直线，直线的斜率k ＝2F m. (2)结合图象可知k ＝2F m＝5 N/kg ，所以F ＝1 N ．5.某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．打点计时器的工作频率为50 Hz.甲(1)实验中木板略微倾斜，这样做________．A ．是为了使小车释放后能匀加速下滑B ．是为了增大小车下滑的加速度C ．可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功D ．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条、…挂在小车的前端进行多次实验，每次都把小车拉到同一位置再释放．将第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1、….小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第4次的纸带(如图乙所示)求得小车获得的速度为________m/s (保留三位有效数字)．乙(3)若根据多次测量的数据作出Wv图象，则下列符合实际的是________．ABCD答案：(1)CD(2)2.00 (3)C解析：(1)使木板倾斜，让小车受到的摩擦力与小车所受重力沿木板向下的分力大小相等，在不施加拉力时，小车在木板上受到的合力为零，小车可以在木板上静止或做匀速直线运动．小车与橡皮筋连接后，小车所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功，故选项C 、D 正确．(2)相邻各点之间的距离相等时，小车做匀速直线运动，由题图乙可知，小车做匀速直线运动时相邻两点之间的距离是4.00 cm ，打点时间间隔t ＝1f ＝150s ＝0.02 s ，小车获得的速度v ＝x t ＝0.040.02m /s ＝2.00 m /s . (3)由动能定理得W ＝12mv 2，可知W 与v 是二次函数关系，C 正确． [能力提升]6．(2018·河南豫南九校联考)某同学用如图所示装置测量小木块与接触面间的动摩擦因数，小木块放在粗糙的水平桌面上，右侧拴有一细线，跨过固定在桌面边缘的滑轮与重物连接；实验时，小木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，小木块继续向右滑，在运动过程中小木块始终碰不到滑轮．已知小木块的质量为M ，重物的质量为m ，回答下列问题：(1)本实验还需直接测量的物理量有________．A ．重物距地面的高度hB ．小木块在桌面上滑行的总距离sC ．重物下落的时间t(2)利用上述测量的物理量，写出测量的动摩擦因数的表达式μ＝________________.(3)小木块运动过程中，由于滑轮与轴间摩擦及细线和滑轮的质量的影响，将导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数相比，其值将________(填“偏大”“相等”或“偏小”)．答案：(1)AB (2)mh Ms ＋ms －mh(3)偏大 解析：(1)(2)设重物距地面的高度为h ，小木块在桌面上滑行的总距离为s ，且已知小木块的质量为M ，重物的质量为m ；由静止释放使它们运动，到重物落地过程中，根据动能定理得mgh －μMgh ＝12(M ＋m)v 2，从重物落地到小木块停在桌面上这个过程，根据动能定理得12Mv 2＝μMg(s －h)，联立两式解得μ＝mh Ms ＋ms －mh，从该式可知本实验还需直接测量的物理量有重物距离地面的高度h 、小木块在桌面上滑行的总距离s ，故选A 、B .(3)在计算过程中，认为滑轮与轴间摩擦及细线和滑轮的质量没有影响，重物重力势能的减少量全部转化为重物落地时的动能和小木块克服摩擦力做的功，而实际上滑轮与轴间存在摩擦，因此导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数相比，其值将偏大．7．如图甲所示，某组同学借用“探究a 与F 、m 之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合力做功和动能变化的关系”的实验：甲(1)为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动．(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到如图乙所示的纸带．纸带上O 为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s 的相邻计数点A 、B 、C 、D 、E 、F 、G.实验时小车所受拉力为0.2 N ，小车的质量为0.2 kg .乙请计算小车所受合力做的功W 和小车动能的变化ΔE k ，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).k (3)实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg ，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg (取g ＝9.8 m /s 2，结果保留至小数点后第三位)．答案：(1)匀速直线(或匀速) (2)①0.111 5 ②0.110 5(3)0.015解析：(1)实验中，首先平衡摩擦力，改变长木板的倾角，轻推小车，小车沿长木板向下做匀速直线运动．(2)打下F 点时，小车的位移大小为O 、F 间的距离，即 0.557 5 m ，细绳对小车的拉力为0.2 N ，则拉力做功为 0.111 5 J ，小车的瞬时速度为0.667 7－0.457 50.2 m /s ＝1.051 m /s ，动能增量为0.110 5 J .(3)由纸带数据求得：AD ＝21.20 cm ，DG ＝30.07 cm ，小车、托盘和砝码组成的整体运动的加速度大小为a ＝0.300 7－0.212 00.32 m /s 2＝0.985 6 m /s 2，小车受到的拉力为F ＝0.2 N ，设托盘和砝码的总质量为m ，由牛顿第二定律得mg －F ＝ma ，得m ＝2.269×10－2 kg ，托盘中砝码质量为 0.015 kg .。
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南方新高考2019版高考物理大一轮复习实验五探究动能定理课时
作业
一、单项选择题
1．(2015年天津一中月考)关于“探究动能定理”的实验中，下列叙述正确的是( ) A．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值
B．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致
C．放小车的长木板应该尽量使其水平
D．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出
2．在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置(视小车为质点)，下列说法正确的是( )
A．橡皮筋处于原长状态
B．橡皮筋仍处于伸长状态
C．小车在两个铁钉的连线处
D．小车已过两个铁钉的连线
3．在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列4条纸带哪一条是在该实验中正确操作可能得到的纸带( )
A B
C D
4．在探究功与速度变化的关系的实验中，我们并不需要测出橡皮筋做的功到底是多少，只需测出以后各次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验的多少倍，使用的方法是( ) A．用同样的力对小车作用，让小车通过的距离为s、2s、3s、…进行第1次、第2次、第3次、…实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W、…
B．让小车通过相同的距离，第1次力为F、第2次力为2F、第3次力为3F、…实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W、…
C．选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条、同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次、…实验时，橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3W、…
D．利用弹簧测力计测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力的作用下移动的距离s，便可求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W、2W、3W、…
5．在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，甲、乙两位同学的实验操作均正确．甲同学根据实验数据作出了功和速度的关系图线，即Wv图，如图KS51甲，并由此图线得出“功与速度的平方一定成正比”的结论．乙同学根据实验数据作出了功与速度平方的关系图线，即Wv2图，如图乙，并由此也得出“功与速度的平方一定成正比”的结论．关于甲、乙两位同学的分析，你的评价是( )
甲乙
图KS51
A．甲的分析不正确，乙的分析正确
B．甲的分析正确，乙的分析不正确
C．甲和乙的分析都正确
D．甲和乙的分析都不正确
二、多项选择题
6．如图KS52所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是( )
图KS52
A．为减小实验误差，长木板应水平放置
B．通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加
C．小车在橡皮筋拉力作用下做匀加速直线运动，当橡皮筋恢复原长后做匀速直线运动D．应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度
7．某实验小组采用实验装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行．实验中木板略微倾斜，这样做是为了( )
A．使释放小车后，小车能匀加速下滑
B．增大小车下滑的加速度
C．使橡皮筋做的功等于合力对小车做的功
D．使橡皮筋松弛后小车能做匀速运动
三、非选择题
8．某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图KS53所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B两处时的速度大小．小车中可以放置砝码．
图KS53
(1)实验主要步骤如下：
①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路．
②将小车停在C点，然后________________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B点时的速度．
③在小车中增加砝码，或____________________，重复步骤②的操作．
(2)下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22－v21|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是
(3)
图KS54
9．(2013年新课标全国卷Ⅱ)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图KS55所示．向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．
图KS55
回答下列问题：
(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能E p与小球抛出时的动能E k相等．已知重力加速度大小为g.为求得E k，至少需要测量下列物理量中的________(填正确答案标号)．A．小球的质量m
B．小球抛出点到落地点的水平距离s
C．桌面到地面的高度h
D．弹簧的压缩量Δx
E．弹簧原长l0
(2)用所选取的测量量和已知量表示E k，得E k＝______________.
图KS56
(3)图KS56中的直线是实验测量得到的sΔx图线．从理论上可推出，如果h不变．m 增加，sΔx图线的斜率会________(填“增大”“减小”或“不变”)：如果m不变，h增加，sΔx图线的斜率会________(填“增大”“减小”或“不变”)．由图KS56中给出的直线关系和E k的表达式可知，E p与Δx的________次方成正比．
10．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KS57所示的实验装置．
图KS57
(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KS58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)．
图KS58
(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Wv2图象应是：______________________________________________________________.
实验五探究动能定理
1．D 解析：由“探究动能定理”的实验原理知，用完全相同的橡皮筋，且释放小车位置相同时功即为倍数关系，设一根橡皮筋做功为W，则两根为2W，三根为3W…而无需求出其具体数值，故A错误；为满足倍数关系，每次实验中，小车必须由同一位置释放，即橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，故B错误；为使橡皮筋拉力所做的功即为合力所做的功，须将木板倾斜以平衡摩擦力，故C错误；实验中应先接通电源，再释放小车，故D正确．2．B 3．D 4．C
5．A 解析：根据甲图，得到W＝ax n，式子中a为常系数，n为指数；当n＝1时，图线为直线；当n＜1时，图线向下弯曲；当n＞1时，图线向上弯曲；甲图图线向上弯曲，故表达式W＝av n中n为大于1的任意数值，而乙图中，W与v2成正比．
6．BD 7．CD
8．(1)①小车②由静止开始释放小车③改变钩码的个数
(2)0.60 0.61 (3)如图D76所示
图D76
9．(1)ABC (2)mgs 2
4h
(3)减小 增大 2 解析：(1)小球抛出时的动能E k ＝12mv 20，要求得v 0需利用平抛知识，s ＝v 0t ，h ＝12
gt 2.根据s 、h 、g ，求得v 0＝s
g 2h
，因此，需测量小球质量m 、桌面高度h 及落地水平距离s . (2)小球抛出时的动能E k ＝12mv 20＝mgs 24h
. (3)弹簧的弹性势能E p ＝E k ＝12mv 20＝mgs 24h ，即s ＝2 hE p mg
，根据题给的直线关系可知，s 与Δx 成正比，而E p 与s 2成正比，故E p 应与Δx 的2次方成正比，则s ∝2 h mg
Δx ，s Δx 图线的斜率正比于h mg
，如果h 不变，m 增加，s Δx 图线的斜率将会减小；如果m 不变，h 增加，则s Δx 图线的斜率会增大． 10．(1)将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动
(2)0.550 Δd Δt
(3)过坐标原点的一条倾斜直线 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 ＝12
mv 2，故画出的W v 2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线．。