高中一輪復(fù)習(xí)物理課時(shí)檢測（二十八）探究動(dòng)能定理（實(shí)驗(yàn)提能課）

課時(shí)檢測(二十八)探究動(dòng)能定理(實(shí)驗(yàn)提能課)1．(2018·山西晉城模擬)探究“功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，下列說法不正確的是()A．在改變橡皮筋的條數(shù)時(shí)，橡皮筋伸長的長度必須一致B．根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是用紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離進(jìn)行計(jì)算C．某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶，紙帶上打出的點(diǎn)兩端密、中間疏，原因可能是沒有使木板傾斜或傾角太小D．本實(shí)驗(yàn)的目的是探究橡皮筋對(duì)小車做的功與小車的速度之間存在的關(guān)系解析：選B為了保證每條橡皮筋對(duì)小車做功相同，每次改變橡皮筋條數(shù)時(shí)，橡皮筋拉伸的長度必須要保持一致，選項(xiàng)A正確；本實(shí)驗(yàn)中小車先加速運(yùn)動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng)，所以要利用紙帶上點(diǎn)跡均勻的部分，求出小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中如果沒有平衡摩擦力或沒有使木板傾斜或傾角太小，則會(huì)在小車獲得最大速度后由于摩擦阻力影響導(dǎo)致速度減小，出現(xiàn)打出的點(diǎn)“兩端密、中間疏”現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；本實(shí)驗(yàn)的目的是探究橡皮筋對(duì)小車做的功與小車的速度之間存在的關(guān)系，選項(xiàng)D正確。2．(2018·蘇錫常鎮(zhèn)高三模擬)圖1是小明探究橡皮筋彈力做的功W與小車動(dòng)能變化ΔEk間的關(guān)系的裝置圖，長木板放在水平桌面上，橡皮筋的兩端分別與小車和擋板相連。實(shí)驗(yàn)中，通過增減橡皮筋的根數(shù)來改變彈力所做的功。(1)下列實(shí)驗(yàn)操作正確的是________。A．實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)先釋放小車，然后接通電源B．增加橡皮筋根數(shù)時(shí)，應(yīng)選取相同的橡皮筋C．每次應(yīng)將小車?yán)较嗤奈恢糜伸o止釋放D．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先平衡小車在木板上所受的摩擦力(2)圖2是某次實(shí)驗(yàn)中的一條紙帶，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間T＝0.02s，為得到本次實(shí)驗(yàn)小車動(dòng)能的變化，由紙帶數(shù)據(jù)求得的小車速度v＝________m/s。(3)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出的WΔEk圖像如圖3所示，小明認(rèn)為由圖像能得出“橡皮筋彈力做的功等于小車動(dòng)能變化”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，你同意嗎？________(填“同意”或“不同意”)。你的理由是_________________。解析：(1)本實(shí)驗(yàn)通過改變橡皮筋的根數(shù)來改變橡皮筋所做的功，設(shè)一根橡皮筋所做的功為W0，則n根相同的橡皮筋所做的功為W＝nW0，B項(xiàng)正確；為使每次每根橡皮筋所做的功相同，每次都應(yīng)將小車?yán)较嗤奈恢糜伸o止釋放，C項(xiàng)正確；要使橡皮筋所做的功等于小車動(dòng)能的變化，應(yīng)先平衡小車在木板上所受的摩擦力，D項(xiàng)正確；實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)先接通電源，后釋放小車，A項(xiàng)錯(cuò)誤。(2)為得到小車動(dòng)能的變化應(yīng)求出小車的最大速度，小車達(dá)到最大速度時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，v＝eq\f(x,T)＝eq\f(1.8×10－2,0.02)m/s＝0.9m/s。(3)不同意，實(shí)驗(yàn)中不能測出橡皮筋彈力所做功的具體數(shù)據(jù)。答案：(1)BCD(2)0.9(3)不同意實(shí)驗(yàn)中不能測出橡皮筋彈力所做功的具體數(shù)據(jù)3．某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置探究動(dòng)能定理。(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實(shí)驗(yàn)器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離x＝________cm。(2)測量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時(shí)間Δt1和Δt2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實(shí)驗(yàn)，還需要直接測量的一個(gè)物理量是___________________________________________________________________________。(3)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？________(填“是”或“否”)解析：(1)兩光電門中心之間的距離x＝70.30cm－20.30cm＝50.00cm。(2)由于該實(shí)驗(yàn)探究的是動(dòng)能定理，故還需要知道滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量。(3)由于拉力可以通過拉力傳感器的讀數(shù)直接得到，故不需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量。答案：(1)50.00(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量(3)否4．(2018·長沙模擬)如圖是某小組驗(yàn)證動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)裝置，在滑塊上安裝一遮光條與拉力傳感器，把滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上，通過跨過定滑輪的細(xì)繩與鉤碼相連，光電門安裝在B處。測得滑塊(含遮光條和拉力傳感器)質(zhì)量為M、鉤碼的總質(zhì)量為m、遮光條的寬度為d，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。當(dāng)氣墊導(dǎo)軌充氣后，將滑塊在圖示A位置由靜止釋放后，拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F，光電門記錄的時(shí)間為Δt。(1)實(shí)驗(yàn)中________(選填“是”或“否”)要求鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M。(2)測得A、B之間的距離為L，則驗(yàn)證動(dòng)能定理的表達(dá)式為______________(用已知物理量的符號(hào)表示)。(3)為減小實(shí)驗(yàn)誤差，可采取的方法是()A．增大A、B之間的距離 B．減小鉤碼的總質(zhì)量C．增大滑塊的質(zhì)量 D．減小遮光條的寬度解析：(1)滑塊受到的拉力直接通過拉力傳感器測量，與小車和鉤碼質(zhì)量大小關(guān)系無關(guān)，故不需要鉤碼總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M。(2)由于遮光條的寬度很小，通過光電門的時(shí)間很短，遮光條通過光電門的平均速度可以表示瞬時(shí)速度，則滑塊通過B點(diǎn)的瞬時(shí)速度v＝eq\f(d,Δt)，動(dòng)能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)Mv2＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2，拉力對(duì)滑塊做功W＝FL，所以本實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證動(dòng)能定理的表達(dá)式為FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2。(3)由FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2可知，實(shí)驗(yàn)誤差主要來自長度的測量和速度的測量，因此增大A、B之間的距離或減小遮光條的寬度均可減小實(shí)驗(yàn)誤差。答案：(1)否(2)FL＝eq\f(1,2)Meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,Δt)))2(3)AD5．(2018·南京、鹽城高三模擬)如圖所示，某研究性學(xué)習(xí)小組為探究“物體的動(dòng)能與速度關(guān)系”設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：平直軌道B固定在水平桌面上，彈射裝置A固定于軌道上，小球被勁度系數(shù)較大的壓縮彈簧彈出后從軌道端點(diǎn)O滑出做平拋運(yùn)動(dòng)落到地面。已知彈簧的彈性勢能的表達(dá)式為Ep＝eq\f(1,2)kx2，式中的k為彈簧的勁度系數(shù)，x為彈簧的形變量。(1)為減少實(shí)驗(yàn)誤差，彈射裝置距離軌道端點(diǎn)O應(yīng)該________(選填“近些”或“遠(yuǎn)些”)。(2)要探究動(dòng)能與速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中是否一定要測量桌面的高度，________(選填“是”或“否”)。(3)在實(shí)驗(yàn)過程中改變彈簧的壓縮量x，并測出與其對(duì)應(yīng)的小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移s。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。次數(shù)12345x(cm)1.02.03.04.05.0s(m)0.320.650.951.081.60在坐標(biāo)系中根據(jù)已描出的點(diǎn)作出合理的圖線。(4)根據(jù)(3)中所作出的圖像，可以得出動(dòng)能Ek與速度v的關(guān)系：________。請(qǐng)簡要說明理由______________________________________。解析：(1)為了減小摩擦力做功帶來的誤差，彈射裝置距離軌道端點(diǎn)O應(yīng)該近些。(2)實(shí)驗(yàn)中桌面的高度一定，小球離開端點(diǎn)O后做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一定，由平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知，小球做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移與小球的速度成正比，即可通過水平位移來探究動(dòng)能與速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中不需要測量桌面的高度。(3)作過原點(diǎn)的傾斜直線，讓各點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè)，如圖所示。(4)動(dòng)能Ek與速度的平方v2成正比。根據(jù)機(jī)械能守恒定律eq\f(1,2)kx2＝Ek，由平拋運(yùn)動(dòng)公式得v2＝s2·eq\f(g,2h)。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得x與s成正比，x2與s2成正比，則x2與v2成正比，故Ek與v2成正比。答案：(1)近些(2)否(3)見解析圖(4)Ek∝v2或者Ek＝kv2理由見解析6．(2017·北京高考)如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．直流電源 B．交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量在不掛重物且________(選填選項(xiàng)前的字母)的情況下，輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功W＝________，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v＝________。(4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出如圖3所示的v2-W圖像。由此圖像可得v2隨W變化的表達(dá)式為________。根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是________。(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2-W關(guān)系的是________。解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是交流電源，故選B。(2)實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力和其他阻力時(shí)，應(yīng)先不掛重物，把長木板右端適當(dāng)墊高，在小車后面掛上紙帶，接通電源，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的情況下，輕推一下小車，給小車一個(gè)初速度，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，則表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。(3)實(shí)驗(yàn)中，可認(rèn)為小車所受的拉力F大小為mg，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，拉力對(duì)小車做的功W＝Fx2＝mgx2。在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度，故v＝eq\f(xAC,2T)＝eq\f(x3－x1,2T)。(4)根據(jù)圖線，關(guān)系式寫為v2＝kW＋b，在直線上取兩點(diǎn)，如(1.4×10－2,0.07)(8×10－2,0.38)，代入上式，解得k≈4.7，b≈0.004，在作圖誤差允許的范圍內(nèi)，表達(dá)式可寫為v2＝4.7W。把功的單位用基本單位表示，J＝N·m＝kg·m2·s－2，容易得出與圖線斜率有關(guān)的物理量單位為kg－1，故與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量。(5)若重物質(zhì)量m不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量M，則繩子對(duì)小車的拉力實(shí)際不等于重物