2018年高考物理二轮复习100考点千题精练第十二章物理实验专题12.5探究动能定理实验

专题12.5 探究动能定理实验
1.（2018江西赣中南五校联考）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,他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
【参考答案】①刻度尺、天平(包括砝码) ②D
③可在小车上加适量的砝码(或钩码)
④CD
【命题意图】本题考查探究绳拉力做功与小车动能变化的关系实验及其相关的知识点，意在考查对动能定理的理解和实验探究能力。

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。

造成这一情况的可能原因是：阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉，钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力，选项CD正确。

2（2018湖南三校联考）某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图1所示的装置，他们还找来了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、细沙．要完成该项实验，则：
（1）你认为还需要的实验器材有______
（2）实验时，为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，要使沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，另外，实验时还要______；
（3）在（2）的基础上，某同学测出滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，测出此时沙和沙桶的总质量m，让沙桶带动滑块加速运动，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s，并根据纸带算出这两点速度的大小分别为v1与v2（v1＜v2）．则实验要验证的数学表达式为：______
(4)若取v1=0，图中符合实验结论的应是选项______。

【参考答案】（1）天平，刻度尺（米尺）．(2)平衡摩擦力
（3）mgs =12Mv 22-12
Mv 12．（4）C
3．（2017云南昆明适应性检测）某实验小组用如图所示的装置探究动能定理，并测量当地的重力加速度。

将小钢球从固定轨道倾斜部分某处由静止释放，经轨道末端水平飞出。

落到铺着白纸和复写纸的水平地面上，在白纸上留下点迹。

为了使问题简化，小钢球在轨道倾斜部分下滑的距离分别为L 、2L 、3L 、4L ……，这样在轨道倾斜部分合外力对小钢球做的功就可以分别记为0W 、20W 、30W 、40W ……
（1）为了探究动能定理，除了测量小钢球离开轨道后的下落高度h 和水平位移s 外，还需测量____
A ．L 、2L 、3L 、4L ……的具体数值
B ．轨道与小钢球之间的动摩擦因数
C ．小钢球的质量m
（2）请用上述必要的物理量写出探究动能定理的关系式，W=________________；
（3）为了减小实验误差必须进行多次测量，在L 、2L 、3L 、4L ……处的每个释放点都要让小钢球重复释放多次，在白纸上留下多个点迹。

那么，确定在同一位置释放的小钢球在白纸上的平均落点位置的方法是_________________________________________。

（4）该实验小组利用实验数据得到了如图所示的图像，则图像的横坐标表示______（填“s ”或“2s ”），若该图线的斜率为k ，则当地的重力加速度g=____（用图中相关的物理量表示）。

【参考答案】（1）C（2）
2 4 mgs h
（3）用尽可能小的圆圈住所有落点，圆心即为平均落点的位置
（4）2s，4hk m
（3）确定在同一位置释放的小钢球在白纸上的平均落点位置的方法是用尽可能小的圆圈住所有落点，圆心即为平均落点的位置。

（4）由W=
2
4
mgs
h
可知图像的横坐标表示2s，若该图线的斜率为k，则k=
4
mg
h
，当地的重力加速度g=
4hk
m。

4．(2018·河南洛阳联考))某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。

(1)小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿光滑水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；
(2)在钉子上分别套上2条、3条、4条…同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤(1)，小物块落点分别记为M2、M3、M4…。

(3)测量相关数据，进行数据处理。

①为求出小物块从桌面抛出时的动能，需要测量下列物理量中的________(填正确答案标号，g已知)。

A．小物块的质量m
B．橡皮筋的原长x
C．橡皮筋的伸长量Δx
D．桌面到地面的高度h
E．小物块抛出点到落地点的水平距离L
②将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为W1、W2、W3、…，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、…，若功与速度的平方成正比，则应以W为纵坐标、________为横坐标作图，才能得到一条直线。

③如果小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)。

【参考答案】①ADE②L2③系统误差
5．(2016·湖南四市联考)(7分)如图是某小组验证动能定理的实验装置，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上，通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处。

测得滑块(含遮光条和拉力传感器)质量为M、钩码的总质量为m、遮光条的宽度为d，当地的重力加速度为g。

当气垫导轨充气后，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F，光电门记录的时间为Δt。

(1)实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M？________(填“是”或“否”)；
(2)测得AB 之间的距离为L ，则对滑块验证动能定理的表达式为________(用以上对应物理量的符号表示)；
(3)为减少实验误差，可采取的方法是( )
A ．增大A
B 之间的距离
B ．减少钩码的总质量
C ．增大滑块的质量
D ．减少遮光条的宽度
【参考答案】(1)否 (2)FL ＝12M (d Δt
)2(3)AD
6. 在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲所示)：
(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)。

【参考答案】(1)C(2)0.653
7．[多选]用如图所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是()
A ．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动
B ．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样
C ．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值
D ．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度
【参考答案】ABC
8．(2016·武汉模拟)某同学利用如图所示的装置“探究功与速度变化的关系”：在木块的左端固定一挡板，挡板上栓一轻质弹簧，弹簧的右端固定一小物块，物块的上方有一很窄的遮光片，当弹簧的长度为原长时，物块恰处于O 点，O 点的正上方有一光电门，光电门上连接计时器(图中未画出)。

已知弹性势能的表达式为E p ＝12
k (Δx )2。

(1)实验开始时，________平衡摩擦力；________测量遮光片的宽度。

(均填“需要”或“不需要”)
(2)所有实验条件具备后，将小物块向左压缩Δx 后从静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮光片通过光电门的时间t 1。

(3)将小物块向左压缩2Δx 、3Δx 、4Δx 、…后从静止释放，小
物块在弹簧的作用下被弹出，分别记下遮光片通过光电门的时间t 2、t 3、t 4、…。

(4)将几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W 1、W 2、W 3、…，则W 1∶W 2∶W 3＝________，若以W 为纵坐标、1
t 2为横坐标作图，则得到的图象是________(填“一条直线”或“一条曲线”)。

【名师答案】(1)需要 不需要 (4)1∶4∶9 一条直线
【名师解析】(1)由于该实验要求弹簧弹力做功，所以不能有摩擦力做功，所以需要平衡摩擦力。

光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度v ，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮光片通过光电门的时间
t ，小物块的速度v ＝d t ，根据功能关系可以求出需要验证的关系式可知：W ＝12mv 2＝d 22mt 2m ，若以W 为纵坐标、1
t 2为横坐标作图，则得到的图象是一条倾斜直线，即可得到合力功与速度变化的关系，所以不需要测量遮光 片的宽度。

(4)已知弹性势能的表达式为E p ＝12
k (Δx )2。

所以几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W 1、W 2、W 3、…，则W 1∶W 2∶W 3＝1∶4∶9，若以W 为纵坐标、1t 2为横坐标作图，则得到的图象是一条直线。

9．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(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)。

【参考答案】(1)匀速直线(或匀速)(2)①0.111 5②0.110 5(3)0.015
10．某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究有关做功的问题。

(1)如图甲所示，在保持M＞7m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，在控制小车质量不变的情况下进行实验。

在实验中，该同学先接通打点计时器的电源，再放开纸带，已知交流电的频率为50 Hz。

图乙是在m＝100 g、M＝1 kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中3个相邻的计数点，相邻的计数点之间有4个没有标出，有关数据如图乙所示，则打B点时小车的动能E k＝________ J，从开始运动到打B点时，绳的拉力对小车做的功W＝________ J。

(保留2位有效数字，g取9.8 m/s2)
(2)在第(1)问中，绳的拉力对小车做的功W大于小车获得的动能E k，请你举出导致这一结果的主要原因：___________________________________________________。

(写出一种即可)
【参考答案】(1)0.500.51
(2)摩擦没有完全抵消；砂与砂桶的重力大于绳的拉力(写出一种即可)
8．(2016·濮阳模拟)质量为1 kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动的过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的交流电源。

如图甲所示，纸带上O点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点的距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，单位为mm，重力加速度为9.8 m/s2，则
(1)求出B、C、D、E、F各点速度并填入下表。

(2)
(3)
图中纵坐标表示________，横坐标表示________，由图可得重力所做的功与____________成____________关系。

【答案】(1)1.181.571.962.352．74
(2)0.691.231.922.763.76
(3)见解析图重力做的功W G速度的平方v2速度的平方v2正比
(3)如图所示。

由图可得重力所做的功与速度的平方v2成正比。

11．(2016·马鞍山模拟)某同学用如图甲所示装置做“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。

(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d，示数如图乙所示，则d＝________ cm。

(2)如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t，小车到光电门的距离为s，通过描点作出线性图象来反映合力的功与动能改变量的关系，则所作图象关系是________时才能符合实验要求。

A．st B．st2C．st－1D．st－2
(3)下列实验操作中必要的是________。

A．调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动
B．必须满足重物的质量远小于小车的质量
C．必须保证小车由静止状态开始释放
【参考答案】(1)1.075(2)D(3)C
10．测量小物块Q与平板P之间动摩擦因数的实验装置如图所示。

AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上表面BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C′。

重力加速度大小为g。

实验步骤如下：
①用天平称出物块Q的质量m；
②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC′的长度h；
③将物块Q在A点从静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D；
④重复步骤③，共做10次；
⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C′的距离s。

(1)用实验中的测量量表示：
①物块Q到达B点时的动能E k B＝________________________________________；
②物块Q到达C点时的动能E k C＝________________________________________；
③在物块Q从B运动到C的过程中，物块Q克服摩擦力做的功WF f＝___________；
④物块Q与平板P之间的动摩擦因数μ＝___________________________________。

(2)回答下列问题：
①实验步骤④⑤的目的是_____________________________________________；
②已知实验测得的μ值比实际值偏大，其原因除了实验中测量的误差之外，其它的可能是_____________________________________。

(写出一个可能的原因即可)
【参考答案】(1)①mgR ②mgs 24h ③mgR －mgs 24h ④R L －s 2
4hL (2)①减小实验结果的误差；②圆弧轨道存在误差(或接缝
B 处不平滑等)
【名师解析】(1)①从A 到B 的过程中，由动能定理可得E k B ＝mgR ②从C 到D 过程中，物块做平抛运动， 竖直方向上h ＝12gt 2
水平方向上s ＝v C t
解得v C ＝s
g 2h
故E k C ＝12mv 2C ＝mgs
2
4h
(2)①实验步骤④⑤是重复步骤③，目的是多次测量减小实验误差；②产生的误差可能是圆弧轨道存在误差(或接缝B 处不平滑等)。