人教版2018-2019学年高一第一学期 物理必修二期末考前《动能定理》实验复习练习题(解析版)

2018-2019学年第一学期高一物理人教版物理必修二期末考前《动能定

理》实验复习练习题(1)

一、实验题

1.某中学实验小组采用如图1所示的装置探究功与速度的关系，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50Hz．

（1）实验中木板略微倾斜，这样做______．

A. 是为了使释放小车后，小车能匀加速下滑

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外力对小车做的功

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……，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条橡皮筋对小车做的功记为W，第2次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功为2W，……；橡皮筋对小车做功后而获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出．根据第4次实验的纸带（如图2所示，图中的点皆为计时点）求得小车获得的速度为_________m/s(保留两位有效数字）．

（3）若根据多次测量数据画出的W－v图象如图所示，根据图线形状可知，对W与v的关系作出猜想肯定不正确的是_________．

A. W∝1

v

B. W v

C. W∝2v

D. W∝3v

【答案】(1). (1）CD(2). （2）2.0(3). （3）AB

【解析】

【详解】:(1)使木板倾斜,小车受到的摩擦力与小车所受重力的分量大小相等,在不施加拉力时,小车在斜面上受到的合力为零,小车可以在斜面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AB错误,CD正确;

(2)各点之间的距离相等的时候小车做匀速直线运动,由图可以知道,两个相邻的点之间的距离是4.00cm时做

匀速直线运动,打点时间间隔为:110.0250t s f =

==,小车速度为:0.04 2.0m /s 0.02

x v t === . (3)根据图象结合数学知识可知，该图象形式和n y x = （n=2，3，4）形式相似，故AB 错误；CD 正确； 2.某学习小组利用气垫导轨装置来探究“做功与物体动能改变的关系”, 图示为实验装置示意图. 利用气垫导轨上的光电门可测出滑块上的细窄挡光片经过时的挡光时间.重力加速度为g ,气垫导轨水平放置,不计滑轻和导轨摩擦.实验步骤如下:

A.测出挡光片的宽度为d ,滑块与挡光片的质量为M ;

B.轻细线的一端固定在滑块上,另一端绕过定滑轮挂上一砝码盘, 盘和砝码的总质量为()?m m M =,细绳与导轨行;

C.让滑块静止放在导轨左侧的某一位置,测出挡光片到光电门的距离为x ;

D.释放滑块,测出挡光片经过光电门的挡光时间为t ?;

E.改变砝码的质量,保证滑块每次都在同一位置由静止释放,光电门可测得对应的挡光时间. （1）滑块经过光电门时速度的计算式v =_____(用题目中所给的字母来表达)

（2）细线的拉力做功的表达式为W =_____,滑块的动能改变的表达式为K E = _____(用题目中所给的字母来表示)

（3）我们可以通过测得的多组数据来建立21

m t

-?的关系图像来进行更准确的实验验证,则图示中哪一项更符合真实的实验情况（ ）

A.

B.

C.

【答案】 (1). d t ? (2). mgx (3). 2

12d M t ??

????

(4). 丙 【解析】 【分析】

(1)根据很短时间内，平均速度等于瞬时速度，即可求解；

(2)根据拉力做功表达式，以及熟练应用匀变速直线运动规律，即可求解；

(3)平衡摩擦力就是让小车在无拉力的作用下做匀速直线运动，让重力沿斜面的分力等于小车受到的摩擦力． 【详解】(1) 根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小，可知小物块经过光电门时速度的大小是

d

v t

=

?； (2) 由题意可知，细线的拉力做功，则即为盘和砝码对应重力做的功，即：mgx ；

滑块的动能改变表达为2

21122k d E Mv M t ??

== ????

；

(3) 该实验中保持小车质量M 不变，

因此有：v 2=2as ，a=2

222d v t s s

??

????=

而F mg

a M M == 所以2212gs

m t d M

=?重物质量m 增加不能远小于小车的质量时，直线在末端发生弯曲，则此结果对应于图中

的图C ．

【点睛】考查光电门测量瞬时速度的原理．

本实验与教材中的实验有所不同，但是根据所学物理知识，明确了实验原理，即可正确解答．

3.如图所示，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．

(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

(3)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

(4)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．在纸带上依次去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……，如图所示．

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=________．

(5)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作如图所示的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_________．

(6)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v 2–W 关系的是______________．

A. B. C. D.

【答案】 (1). B (2). A (3). B (4). mgx 2 (5). 31

2x x T

- (6). 20.008 4.69v W =+ (7). 质量 (8). A 【解析】

【详解】(1)[1]打点计时器均使用交流电源； A.直流电源与分析不符，故A 错误； B.交流电源与分析相符，故B 正确；

(2)[2]平衡摩擦和其他阻力，是通过垫高木板右端，构成斜面，使重力沿斜面向下的分力跟它们平衡； A.与分析相符，故A 正确； B.与分析不符，故B 错误；

(3)[3]平衡摩擦力时需要让打点计时器工作，纸带跟打点计时器限位孔间会有摩擦力，且可以通过纸带上打出的点迹判断小车的运动是否为匀速直线运动； A.与分析不符，故A 错误； B.与分析相符，故B 正确；

(4)[4]小车拖动纸带移动的距离等于重物下落的距离，又小车所受拉力约等于重物重力，因此拉力对小车做的功：

2W mgx =

[5]小车做匀变速直线运动，因此打B 点时小车的速度为打AC 段的平均速度，则有：

31

2B x x v T

-=

(5)[6] 由图示图线可知：

22()0.4710 4.710

v k W -??===?

纵截距为：

0.01b =

则2v 随W 变化的表达式为：

20.01 4.7v W =+

[7]功是能量转化的量度，所以功和能的单位是相同的，斜率设为k ，则

2v k W

=

代入单位后，k 的单位为1kg -，所以与该斜率有关的物理量为质量；

(6)[8] 若重物质量m 不满足远小于小车质量M ，则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力，由

()mg M m a =+和F Ma =可得：

M

F mg M m

=

+

由动能定理得：

21

2Fx Mv =

222F mg v x x M M m

=+=

而：

W mgx =

则实际2v W -图线的斜率：2

k M m

=+，重物质量m 与小车质量M 不变，速度虽然增大，但斜率不变；

A.与分析相符，故A 正确；

B.与分析不符，故B 错误； C .

与分析不符，故C 正确； B.与分析不符，故D 错误．

【名师点睛】实验总存在一定的误差，数据处理过程中，图象读数一样存在误差，因此所写函数表达式的比例系数在一定范围内即可；第（6）问有一定的迷惑性，应明确写出函数关系，再进行判断．

4.利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M=200.0g ，钩码的质量为m=10.0g ，打点计时器的电源为50Hz 的交流电．

（1）挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_____．（2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示．选择某一点为O，一次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离△x，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=_____m/s．

（3）将钩码的重力视位小车受到的拉力，取g=9.80m/s2，利用W=mg△x算出拉力对小车做的功W．利用

E k=1

2

Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量△E k．计算结果见下表．

W/×10﹣3J 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26

△E k/×10﹣3J 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00

请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出△E k﹣W图象．

（4）实验结果表明，△E k总是略小于W．某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=_____．【答案】(1). （1）小车做匀速运动(2). （2）0.228．(3). （3）

（4）0.093N 【解析】

（1）小车能够做匀速运动，纸带上打出间距均匀的

点，则表明已平衡摩擦；（2）相临计数点间时间间隔为

T =0.1 s ，02

10.228m/s 2x v T

=

=；（3）描点画图，如图所示． ；

（4）对整体，根据牛顿第二定律有：mg =(m +M )a ，钩码：mg –F T =ma ，联立解得绳上的拉力：

0.093N T Mm

F g M m

=

=+．

【名师点睛】本题中的计算，要当心数据的单位、有效数字的要求．用整体法、隔离法，根据牛顿第二定律求绳上的拉力，题目比较常规，难度不大．

5.某同学设计了如下实验研究做功与速度之间的关系:在桌面上放置一个粗糙程度处处相同的长木板,并将一

刻度软尺固连在长木板一侧．将带有滑轮的一端稍伸出桌外,并在其附近固定光电门,小车通过细线绕过滑轮与钩码相连,调节滑轮的高度使细线与木板平面平行,在小车上固定挡光片．将小车从距光电门一定距离处由静止释放,利用刻度尺测出挡光片到光电门的距离(挡光片和光电门中部均有指示箭头辅助读数),计算出小车经过光电门时的速度;然后保持钩码质量和小车质量不变,改变小车的释放位置重复实验,测得多组数据,从而研究其关系．如图所示．

（1）这位同学找到了两个挡光片,用游标卡尺测出挡光片a 的宽度(图甲),用螺旋测微器测出挡光片b 的宽度(图乙),读数分别为__________mm,__________mm;他应该选择挡光片__________(填a 或b)进行实验． （2）他的实验是否需要平衡摩擦力?是否需要钩码质量远小于小车质量?__________ A.需要,需要

B.不需要,

不需要

C.需要,不需要

D.不需要,需要

（3）他通过实验数据和计算数据没有找到做功和速度之间的关系,所以打算用图象对数据进行处理,他利用小车释放时挡光片与光电门的距离S 和挡光片经过光电门时的挡光时间t 两组数据,并用S 做纵轴,那么横轴数据应该为____________

【答案】 (1). 25.80 (2). 7.825 (3). b (4). B (5). 2

1t 【解析】

【详解】（1）游标卡尺固定刻度读数为25mm ，游标读数为0.05×16mm=0.80mm ，所以最终读数为：25mm+0.80mm=25.80mm ；螺旋测微器的固定刻度读数为7.5mm ，可动刻度读数为0.01×32.5mm=0.325mm

，所以最终读数为：7.5mm+0.325mm=7.825mm ．

（2）这种实验方法不需要计算功的数值，只要合外力恒定即可，所以不需要平衡摩擦力，也不需要满足钩码质量远小于小车质量的条件，所以选择B ．

（3）合外力的功等于动能的变化即末动能，而动能与速度的平方成正比，d

v t

=

，即22

21122d W mgS Mv M t

===，所以应该用21t 做横轴．

6.用图所示装置探究功与速度变化的关系，进行的主要操作步骤如下∶ a .不挂橡皮筋，调整木板的倾斜程度，使小车拖动纸带匀速运动； b .将小车拉至靠近计时器处，接通计时器电源，放开小车； c .加挂一条、两条相同的橡皮筋，重复b 步骤。

(1)某次实验中打出的一条纸带如图所示，D 之前各点间的距离不相等，E 之后各点间的距离都相等。若使误差最小，下列计算小车匀速运动的速度的表达式最好的是（T 为打点周期） （填选项前的字母）_______。

A. DE

v T =

B. GH v T =

C. 2DF v T =

D. 3EH v T

=

(2)若挂一条橡皮筋时E 点之后各点之间的距离为x 1，挂两条时E 点之后各点之间的距离为x 2，则x 1∶x 2 =__________。

(3)若测得A 、B 、C 、D 四点之间的距离分别为x AB 、x BC 、x CD ，则（ ）（填选项前的字母序号） A.x BC –x AB =x CD –x BC B.x BC –x AB x CD –x BC

【答案】 (1). D

(2). (3). C 【解析】

【详解】(1)[1]若使误差最小，计算小车匀速运动的速度时可用EH 之间的平均速度，即3EH

v T

=，故选D 。 (2)[2]由动能定理

22211()22x

W mv m x T

=

=∝ 因用一条橡皮筋时对小车做功为W ，两条橡皮筋时对小车做功为2W ，则

2121

(

)2

x x = 则

12x x =(3)[3]小车在脱离橡皮筋之前随弹力的减小做加速度减小的加速运动，根据?x =aT 2可知，相邻相等时间内的位移之差逐渐减小，则

x BC –x AB >x CD –x BC

故选C 。

【点睛】此题关键是要搞清课本上实验的实验原理，步骤及注意事项等问题；弄清小车在橡皮筋作用下的运动特点，结合能量关系及运动公式讨论。

7.某实验小组采用图所示的装置验证“动能定理”实验中,小车碰到制动装置时,沙桶尚未到达地面,打点计时器

工作电源频率为

50Hz.

（1）在已经正确平衡小车的摩擦力后,实验时为了保证小车受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是:沙和沙桶的总质量__________小车的质量(填“远小于“、“等于”或“远大于”)

（2）图乙是沙和沙桶质量为0.03kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点,可测得各计数点到O的距离s如表,请计算出计时器打下C点时小车的瞬时速度V c=__________m/s.(结果保留两位有效数字)

纸带的测量结果

:

（3）根据上述的测量数据,要验证“动能定理”还需要测量的物理量是__________.

【答案】(1). 远小于；(2). 0.49；(3). 小车的质量

【解析】

【分析】

（1）当沙和沙桶的总质量远小于小车质量时可以近似认为小车受到的拉力等于沙与沙桶的重力，为了保证小车受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是：沙和沙桶的总质量远小于小车的质量．（2）做匀变速直线运动的物体在某段时间内的平均速度等于其中间时刻的瞬时

速度，打下C点时小车的瞬时速度：

()2

7.15 3.2010

/0.49/

40.02

C

BD

BD

v m s m s

t s

-

-?

==≈

?

，（3）验证动能定

理实验需要求出合外力的功与物体动能的变化量，要求出小车动能的变化量除测出小车受到外海需要测出小车质量．

【点睛】当沙和沙桶的总质量远小于小车资料时可以近似认为小车受到的拉力等于沙与沙桶的重力，根据实验注意事项分析答题．应用匀变速直线运动的推论求出打出C点的速度．验证动能定理应求出合外力的

功与小车的动能变化量，根据实验原理分析需要测量的量．

【详解】

8.某同学用图甲所示装置验证合力做功和物体速度变化的关系．一个圆形玻璃管固定在水平桌面上,管口与桌边齐平,管的两侧开有小缝,可以让皮筋穿过,图乙为俯视图．在桌边关于圆管对称的位置上固定两个钉子,缠绕在钉子上的皮筋可以把小钢球弹出,小钢球与圆管之间摩擦可忽略,小钢球弹出后落在水平地面上,测出水平距离,然后用多组相同的皮筋从同一位置弹射小球,重复以上操作．

（1）除了图示的器材以外,实验中还需要的实验仪器有（）

A.天平

B.秒表

C.拴着细线的重锤

D.刻度尺

（2）为了验证合力做功和物体速度变化的关系,可间接测量皮筋做的功与小钢球水平位移的数据,如下:

根据以上数据,选择合适的物理量,标注在图丙中的坐标轴上,并在坐标纸上作出线性图像___.

（3）图线的斜率k=__________,并说明表达式中各物理量的含义__________.

【答案】(1). CD；(2). (3). mg/4h；(4). 小球的质量m，桌面的高度h，重力加速度g；

【解析】 【分析】

（1）本实验要测量小钢球的

水平位移，需要用到重锤线确定管口在地面上的投影，以方便测量水平射程； （2）计算出不同W 对应的x 2值，可以发现W 与x 2成正比，故以W 为纵轴，以x 2为横轴，可在坐标纸上得到一条直线；

（3）根据平抛运动的规律，可以推导出平抛运动的初速度即橡皮筋做功的末速度与水平位移的关系，从而确定皮筋做功与水平位移的关系；

【详解】（1）本实验利用平抛运动的规律测量出平抛运动的初速度，即橡皮筋做功的末速度，要测量平抛运动的初速度，需要测量小钢球的水平射程，故需要用到重锤线确定管口在地面上的投影，以方便测量水平射程，故CD 正确、AB 错误；

（2）将皮筋做的功与测得小钢球水平位移x 以及x 2的数据整理如下表所示：

从表中数据可知，皮筋做的功W 与2x 成正比，故以W 为纵轴，以2x 为横轴，可在坐标纸上得到一条直线，图象如所示：

（3）钢球离开桌面后做平抛运动，竖直方向：2

12

h gt =

，水平方向：0x v t = 则：22

02gx v h

=，对钢球，由动能定理得：2

20124mg W mv x h ==

则W-x 2图象的斜率：4mg

k h

=

，各物理量的含义为：小球的质量m ，桌面的高度h ，重力加速度g ． 【点睛】本题要理解实验的原理，知道根据平抛运动的水平射程可以确定不同数量的橡皮筋做功对应的初速度，从而可以得到橡皮筋做的功与速度之间的关系．