高考全国卷1探究动能定理有详细答案
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高考全国卷1探究动能定理有详细答案
1.实验目的
通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系.
2.实验原理
探究功与速度变化的关系,可用如实验原理图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,最后通过数据分析得出速度变化与功的关系.
3.实验器材
5~6条相同规格的橡皮筋、小车(前面带小钩)、长木板、打点计时器、纸带、铁钉、毫米刻度尺等.
4.实验步骤
(1)垫高长木板的一端,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间的关系为W∝v2.
1.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=x
T(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-v2图象(“W”以一根橡皮筋做的功为单位).根据图象得出W ∝v2.
2.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,测量不准带来误差.
3.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,纸带上的点应选均匀部分的.
(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.
(5)开始实验时,小车应靠近打点计时器,并且要先接通电源再释放小车.
实验原理及误差分析
(2014·高考天津卷)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,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
[解析](1)实验要处理纸带测速度,需要刻度尺,要分析动能的变化,必须要测出小车的质量,因此还需要天平.
(2)实验中调节定滑轮高度,使细绳与木板平行,可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力,如果不平行,细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力,改变了摩擦力就不能使细绳拉力等于小车所受的合力,D正确.
(3)在所挂钩码个数不变的情况下,要减小小车运动的加速度,可以增大小车的质量,即可在小车上加适量的砝码(或钩码).
(4)如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,发现拉力做的功总比小车动能的增量大,原因可能是阻力未被完全平衡掉,因此拉力做功一部分用来增大小车动能,一部分用来克服阻力做功;也可能是小车做加速运动,因此细绳的拉力小于钩码的重力,钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功,即大于小车动能的增量,C、D项正确.
[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)CD
1.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 .s -t
B .s -t 2
C .s -t -1
D .s -t -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
解析:(1)由游标卡尺读数规则可知,示数为:10 mm +0.05×15 mm =1.075 cm.
(2)由题意可知,该同学是通过成倍改变位移来改变做功的,设小车所受的合力为F ,对
小车,有Fs =12m ⎝⎛⎭⎫d t 2,即有s ∝1t 2
,则D 正确. (3)由(2)可知,公式中的F 是指小车所受到的合力,而且在整个实验过程中保持不变,所以在该实验中不需要平衡摩擦力;同理可知,重物与小车质量的大小关系也不会对实验结果产生影响;若小车释放速度不为0,则会对实验结果产生影响,选项C 正确.
答案:(1)1.075 (2)D (3)C
2.在“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中(装置如图甲):
(1)下列说法哪一项是正确的________.(填选项前的字母)
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).