高考物理一轮复习模拟试题：实验：探究动能定理含解析

实验：探究动能定理检测试题
1．在用图所示装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是()
A．通过更换不同弹性系数的橡皮筋改变拉力做功的数值
B．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值
C．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最大速度
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
解析：本题主要考查实验原理，考查考生的理解能力．
实验采用通过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故A、B错误．小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕的情形，故C正确、D错误．
答案：C
2．在“探究功与物体速度变化关系”的实验中，每次选取纸带后，我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度()
A．间距均匀的
B．间距不均匀的
C．间距均匀的与不均匀的都可
D．最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，也可用间距不均匀的
解析：橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功，小车做匀速运动，纸带上的点间距是均匀的，故A 对，B、C错；若纸带上没有间距均匀的点，说明纸带太短，橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器，在这种情况下应选用更长的纸带，或者是因为没有完全平衡摩擦力，需重新平衡摩擦力，故D错．
答案：A
3．在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材：
A．打点计时器；B.天平；C.秒表；D.低压交流电源；E.电池；F.纸带；G.细线、砝码、小车、砝码盘；H.薄木板．
(1)其中多余的器材是________(填对应字母)，缺少的器材是________．
(2)测量时间的工具是________；测量质量的工具是________．(填对应字母)
(3)如图是打点计时器打出的小车(质量为m)在恒力F作用下做匀加速直线运动的纸带．测量数据已
用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为T.请分析，利用这些数据能否验证动能定理？若不能，请说明理由；若能，请说出做法，并对这种做法做出评价．
解析：(1)计算小车速度是利用打上点的纸带，故不需要秒表．打点计时器应使用低压交流电源，故多余的器材是C、E.测量点之间的距离要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺．
(2)测量时间的工具是A打点计时器，测量质量的工具是B天平．
(3)能从A到B的过程中，恒力做的功为W AB＝Fx AB，物体动能的变化量为
E k B－E k A＝1
2m v
2
B
－
1
2m v
2
A
＝
1
2m⎝
⎛
⎭
⎫
x B
2T
2－1
2m⎝
⎛
⎭
⎫
x A
2T
2＝1
2m
x2B－x2A
4T2，只要验证Fx AB＝
1
2m
x2B－x2A
4T2即可．
优点：A、B两点的距离较远，测量时的相对误差较小；
缺点：只进行了一次测量验证，说服力不强．
答案：(1)C、E毫米刻度尺(2)A B(3)见解析
4．某同学为探究“恒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：
①安装好实验装置如图所示．
②将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．
③在质量为10 g、30 g、50 g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50 g的钩码挂在拉线的挂钩P上．
④释放小车，打开电磁打点计时器的电源，打出一条纸带．
(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：
①第一个点到第N个点的距离为40.0 cm.
②打下第N点时小车的速度大小为1.00 m/s.该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力，算出：拉力
对小车做的功为________J，小车动能的增量为________J.
(2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功，等于物体动能的增量”，且误差很大．显
然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下，造成较大误差的主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
___________________________________________________________________.
解析：(1)拉力F ＝mg ＝0.050×9.8 N ＝0.49 N ，拉力对小车做的功W ＝F ×l ＝0.49×0.400 J ＝0.196 J 小车动能的增量ΔE k ＝12M v 2＝1
2
×0.200×1.002J ＝0.100 J.
(2)误差很大的可能原因：①小车质量不满足远大于钩码质量，使钩码的重力与小车受到的绳的拉力差别较大；②没有平衡摩擦力；③先放小车后开电源，使打第一个点时，小车已有一定的初速度． 答案：(1)0.196 0.100 (2)①小车质量没有远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③操作错误；先放小车后接通电源
5．某实验小组采用如图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．打点计时器工作频率为50 Hz.
(1)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条、…，并起来挂在小车的前端进行多次实验，每次都要把小车拉到同一位置再释放小车．把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W 1，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W 1，…；橡皮筋对小车做功后而使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(如图所示)求得小车获得的速度为________m/s.
(2)若根据多次测量数据画出的W －v 草图如图所示，根据图线形状，对W 与v 的关系作出的猜想，如果猜想W ∝v 2是正确的，则画出的W －v 2图象应是________．
(3)在本实验中你认为影响实验效果的可能原因是__________________________．(只要回答出一种原因即可)
解析：(1)由纸带后半部分两点间距离相同，可知小车做匀速运动，可求得：v ＝x T ＝0.04 m
0.02 s ＝2 m/s.
(2)若W ∝v 2，由函数关系可知W －v 2图象应该是过原点的直线．
(3)影响实验效果的可能原因是橡皮筋粗细不均匀，木板倾斜不够或太过倾斜等． 答案：(1)2 (2)过原点的一条直线 (3)见解析
6．某同学用如图所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系．图中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，C为弹簧测力计，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．
(1)该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为O点，顺次选取5个点，分别测量
这5个点到O之间的距离，并计算出它们与O点之间的速度平方差Δv2(Δv2＝v2－v20)，填入下表：
请以Δv2为纵坐标，以x为横坐标在方格纸中作出Δv2－x图象．若测出小车质量为0.2 kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为________N.
(2)若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误差的正常范围．你认为
主要原因是______________________________________，实验操作中改进的措施是__________________________．
解析：(1)图象如图
由动能定理F 合x ＝12m (v 2－v 20
)＝1
2m Δv 2，把所画直线上的点x ＝1.60 cm ，Δv 2＝0.04 m 2·s －2以及小车的质量m ＝0.2 kg 代入可得F 合＝0.25 N.
(2)测力计测的是细绳的拉力，小车还受到水平向左的摩擦力，因此小车受的合力小于测力计的读数．在木板左端垫上一个小木块，使左端稍微高一点，以平衡摩擦力． 答案：(1)图象见解析 0.25
(2)小车滑行时所受摩擦阻力较大 使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力(二)验证机械能守恒定律。