高考物理一輪復(fù)習(xí)-實(shí)驗(yàn)五-探究動(dòng)能定理

1．(2021·江蘇金陵中學(xué)等三校高三聯(lián)考)某同學(xué)用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系。(1)為了能用沙和沙桶的總重力所做的功表示小車所受拉力做的功，本實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量M________(選填“需要”或“不需要”)遠(yuǎn)大于沙和沙桶的總質(zhì)量m。(2)圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條清晰的紙帶，A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個(gè)連續(xù)的點(diǎn)，sAD＝________cm。已知電源頻率為50Hz，則打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打D點(diǎn)時(shí)紙帶的速度v＝________m/s(保留兩位有效數(shù)字)。(3)該同學(xué)畫(huà)出小車動(dòng)能變化與拉力對(duì)小車所做的功的ΔEkW關(guān)系圖像，由于實(shí)驗(yàn)前遺漏了平衡摩擦力這一關(guān)鍵步驟，他得到的實(shí)驗(yàn)圖線(實(shí)線)應(yīng)該是______。解析：(1)為了能用沙和沙桶的總重力所做的功表示小車所受拉力做的功，則繩中拉力要等于沙和沙桶的總重力，即小車質(zhì)量M需要遠(yuǎn)大于沙和沙桶的總質(zhì)量m。(2)由圖得sAD＝2.10cm，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在打D點(diǎn)時(shí)紙帶的速度v＝eq\f(sAD＋sDG,6T)＝eq\f(（2.10＋3.90）×10－2,6×0.02)m/s＝0.50m/s。(3)理論線ΔEk＝W＝Fx，實(shí)驗(yàn)線ΔEk＝W′＝Fx－Ffx，故D項(xiàng)正確。答案：(1)需要(2)2.100.50(3)D2.(2021·四川成都第一次診斷性檢測(cè))“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲。當(dāng)小車在1條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W；當(dāng)用2條、3條……完全相同的橡皮筋進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的拉伸長(zhǎng)度相同，因此第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小車做的功分別為2W、3W、…。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶求出。(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是________。A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用干電池供電B.必須平衡摩擦力C.每次實(shí)驗(yàn)，小車必須從同一位置由靜止彈出D.可以選用規(guī)格不相同的橡皮筋(2)圖乙為某次實(shí)驗(yàn)打出的紙帶，從中截取了測(cè)量小車最大速度所用的一段紙帶，測(cè)得A、B、C、D、E相鄰兩點(diǎn)間的距離分別為AB＝1.60cm，BC＝1.62cm，CD＝1.64cm，DE＝1.64cm。已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s，則小車獲得的最大速度vm解析：(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須用交流電源，不可以用干電池供電，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；必須平衡摩擦力，從而保證合力做的功就是橡皮筋拉力做的功，選項(xiàng)B正確；每次實(shí)驗(yàn)，小車必須從同一位置由靜止彈出，以保證每條橡皮筋做功相同，選項(xiàng)C正確；實(shí)驗(yàn)時(shí)只能選用規(guī)格相同的橡皮筋，以保證橡皮筋做的功與條數(shù)成正比，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。(2)小車獲得的最大速度要根據(jù)CD或DE部分的紙帶來(lái)計(jì)算，則最大速度為vm＝eq\f(x,t)＝eq\f(1.64×10－2,0.02)m/s＝0.82m/s。答案：(1)BC(2)0.823．利用圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，小車的質(zhì)量為M＝200.0g，鉤碼的質(zhì)量為m＝10.0g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50圖1(1)掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度，直至向左輕推小車觀察到________________。(2)掛上鉤碼，按實(shí)驗(yàn)要求打出一條紙帶，如圖2所示。選擇某一點(diǎn)為O，依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離Δx，記錄在紙帶上，計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v，其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1＝________m/s。圖2(3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力對(duì)小車做的功W，利用Ek＝eq\f(1,2)Mv2算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量ΔEk，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在方格紙上作出ΔEkW圖像。(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ΔEk總是略小于W，某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的，用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到實(shí)際拉力F＝________N。解析：(1)當(dāng)木板傾角θ滿足μmgcosθ＝mgsinθ時(shí)，不掛鉤碼時(shí)小車所受合外力為零，且與質(zhì)量無(wú)關(guān)，此時(shí)輕推小車，小車勻速下滑。(2)打出計(jì)數(shù)點(diǎn)“1”時(shí)小車的速度v1＝eq\f(（2.06＋2.50）×10－2,0.2)m/s＝0.228m/s。(3)根據(jù)題表格中的數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作圖，如圖所示。(4)由于W＝mgΔx，ΔEk＝FΔx，則有F＝eq\f(ΔEk,W)mg＝eq\f(4.30－2.00,4.50－2.10)×0.01×9.8N≈0.094N。答案：(1)小車做勻速運(yùn)動(dòng)(2)0.228(3)圖見(jiàn)解析(4)0.0944．(2020·高考全國(guó)卷Ⅲ)某同學(xué)利用圖(a)所示裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后，掛上鉤碼，鉤碼下落，帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)并打出紙帶。某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。已知打出圖(b)中相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中可以得到，打出B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vB＝________m/s，打出P點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為vP＝________m/s。(結(jié)果均保留兩位小數(shù))若要驗(yàn)證動(dòng)能定理，除了需測(cè)量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外，還需要從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為_(kāi)_________________。解析：紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度可用相鄰兩點(diǎn)間的平均速度來(lái)替代。vB＝eq\f(（4.00－2.56）×10－2,0.04)m/s＝0.36m/s，vP＝eq\f(（57.86－50.66）×10－2,0.04)m/s＝1.80m/s。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理Fx＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(P))－eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(B))，需測(cè)量的物理量有鉤碼的質(zhì)量，小車的質(zhì)量，B、P之間的距離和B、P點(diǎn)的速度。答案：0.361.80B、P之間的距離5.某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”。如圖所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，記錄小車通過(guò)A、B點(diǎn)時(shí)的速度大小，(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：①測(cè)量________和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路。②將小車停在C點(diǎn)，________，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過(guò)A、B點(diǎn)時(shí)的速度。③在小車中增加砝碼或________，重復(fù)②的操作。(2)下列表格是他們測(cè)得的一組數(shù)據(jù)，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))－veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))|是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量ΔE，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功。表格中的ΔE3＝________，W3＝________。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)M/kg|veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(2))－veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))|/(m/s)2ΔE/JF/NW/J10.5000.760.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40ΔE31.220W341.0002.401.2002.4201.21051.0002.841.4202.8601.430(3)根據(jù)表格，請(qǐng)?jiān)趫D中的方格紙上作出ΔEW圖線。解析：(1)①在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中拉力對(duì)小車和拉力傳感器做功使小車和拉力傳感器的動(dòng)能增加，所以需要測(cè)量小車和拉力傳感器的總質(zhì)量；③通過(guò)控制變量法只改變小車的質(zhì)量或只改變拉力大小得出不同的數(shù)據(jù)；(2)通過(guò)拉力傳感器的示數(shù)和A、B間距用W＝FL可計(jì)算拉力做的功；(3)利用