2020年高考物理 必考17個實驗精講精練 專題06 探究動能定理（含解析）

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1、探究動能定理 基本知識 動能定理：力在一個過程中對物體所做的功，等于物體在這個過程中動能的變化即末動能減去初動能。 當(dāng)初速度為零時，，功與速度的二次方成正比。 實驗裝置： 實驗步驟： 第一次用1根橡皮筋，測得速度為v 第二次用2根橡皮筋，測得速度為v2 第三次用3根橡皮筋，測得速度為v3 多次 數(shù)據(jù)處理： 功 速度的二次方 W V2 2W 2v2 3W 3v2 例題和習(xí)題 1. 2019年高考江蘇省物理卷第10題.（8分） 某興趣小組用如圖10-1所示的裝置驗證動能定理 （1）有兩種工作頻率均為50Hz的打點(diǎn)計時器供實驗選用： A.

2、電磁打點(diǎn)計時器 B.電火花打點(diǎn)計時器 為使紙帶在運(yùn)動時受到的阻力較小，應(yīng)選擇_______(選填“A”或“B”) (2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點(diǎn)計時器的限位孔。實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運(yùn)動。同學(xué)甲認(rèn)為，此時摩擦力的影響已經(jīng)得到消除。同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動。看法正確的同學(xué)是______(選填“甲”或“乙”)。 （3）消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼，接通打點(diǎn)計時器電源，松開小車，小車運(yùn)動，紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中一段如題10-2圖所示。圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點(diǎn)的速

3、度=______m/s. （4）測出小車的質(zhì)量為M，再測出紙帶上起點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L。小車動能的變化量可用算出。砝碼盤中砝碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g.實驗中，小車的質(zhì)量應(yīng)(選填“遠(yuǎn)大于”、“遠(yuǎn)小于”或“接近”)砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量，小車所受合力的功可用算出。多次測量，若W與均基本相等則驗證了動能定理。 【答案】（1）B（2）乙（3）0.31（0.30~0.33都算對）（4）遠(yuǎn)大于 【解析】（2）為什么平衡摩擦力后輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動呢？因為此情況小車受到的重力的下滑力分力與滑動摩擦力平衡，而甲同學(xué)的情況是下滑力克服最大靜摩擦力。本實驗是

4、滑動摩擦力，所以乙同學(xué)正確。 （3）用刻度尺測出A兩邊的兩點(diǎn)間的距離為，則速度。 這是江蘇省物理卷要求用刻度尺直接測量試卷上的實際長度了，所以老師一再要求學(xué)生高考時帶齊文具包括刻度尺、三角板、量角器、圓規(guī)等，就有學(xué)生不以為然，果然吃虧。不聽老人言吃虧在眼前嘛! （4）為什么小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量呢？其原因和牛頓第二定律實驗是一樣的，為了使砝碼、砝碼盤和沙子的總重力與小車受到的拉力接近。 2. 如圖所示，在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗中，下列說法正確的是（　　　?。? A．為減小實驗誤差，長木板應(yīng)水平放置 B．通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對

5、小車做的功成整數(shù)倍增加 C．小車在橡皮筋拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動，當(dāng)橡皮筋恢復(fù)原長后小車做勻速運(yùn)動 D．應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計算小車的速度 【答案】BD 3．探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實驗裝置如圖所師，實驗主要過程如下： （1）設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……； （2）分析打點(diǎn)計時器打出的紙帶，求 出小車的速度、、、……； （3）作出草圖； （4）分析圖像。如果圖像是一條直線，表明∝；如果不是直線，可考慮是否存在∝、∝、∝等關(guān)系。 以下關(guān)于該試驗的說法中有一項不正確，它是___________。

6、 A．本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行是實驗時，橡皮筋對小車做的功為W，用2條、3條、……橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、……實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W、……。 B．小車運(yùn)動中會受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以使木板適當(dāng)傾斜。 C．某同學(xué)在一次實驗中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小。 D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來進(jìn)行計算。 【答案

7、】D 【解析】本實驗的目的是探究橡皮繩做的功與物體獲得速度的關(guān)系。這個速度是指橡皮繩做功完畢時的速度，而不整個過程的平均速度，所以D選項是錯誤的。 4. 利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能原理” 某試驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能原理”。如圖12，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個速度傳感器， 記錄小車通過A、B時的速度大小、小車中可以放置砝碼。 （1）試驗主要步驟如下： ①測量 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

8、上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路； ②將小車停在C點(diǎn)， ，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時的速度； ③在小車中增加砝碼，或 ，重復(fù)②的操作． （2）表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，期中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量△E，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△E3= ，W3= ．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字） （3）根據(jù)表1，請在圖13中的方格紙上作出△E-W圖線． 圖13 【答案】 （1）①小車；②由靜止

9、開始釋放小車；③改變小車質(zhì)量. （2）0.600J，0.610J. （3）△E-W圖線如圖所示 5. 某實驗小組采用如圖所示的裝置探究“動能定理”，圖中小車中可放置砝碼，實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)計時器工作頻率為50 Hz． （1）（實驗的部分步驟如下： ①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計時器，連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼； ②將小車停在打點(diǎn)計時器附近， ， ，小車拖動紙帶，打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一列點(diǎn)， ； ③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作 （2）圖1是鉤碼質(zhì)量為0.

10、03 kg，砝碼質(zhì)量為0.02 kg時得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D和E五個計數(shù)點(diǎn)，可獲得各計數(shù)點(diǎn)到O的距離S及對應(yīng)時刻小車的瞬時速度v，請將C點(diǎn)的測量結(jié)果填在表1中的相應(yīng)位置． 表1紙帶的測量結(jié)果 測量點(diǎn) S/cm r/(m·s－1) 0 0.00 0.35 A 1.51 0.40 B 3.20 0.45 C ______ ______ D 7.15 0.54 E 9.41 0.60 （3）在小車的運(yùn)動過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)， ________做正功，

11、 做負(fù)功． （4）實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖2中的圖線（其中Δv2＝v2－v02），根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是 ．要驗證“動能定理”，還需要測量的物理量是摩擦力和 ． 0 2 4 6 8 10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 s/cm Δv2/(m2·s－2) 【答案】 （1）②接通電源、釋放小車 斷開開關(guān) （2）5．06 0．49 （3）鉤砝的重力 小車受摩擦阻力 （4）小車初末速度的平方差與位移成正比

12、小車的質(zhì)量 【解析】 （1）②接通電源、釋放小車 斷開開關(guān) (2) 從尺上讀數(shù),C:6.06cm, 減去O點(diǎn)讀數(shù)1.00 cm ,得C點(diǎn)的S值5.06cm C點(diǎn)速度 鉤砝的重力做正功, 小車受摩擦阻力做負(fù)功 小車初末速度的平方差與位移成正比,即 要驗證“動能定理”，即還需要測量的物理量是摩擦力f和小車的質(zhì)量M. 6．①某同學(xué)探究恒力做功和物體動能變化間的關(guān)系，方案如圖所示.他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為減小這種做法帶來的誤差，實驗中要采取的兩項措施是： a

13、 b ②如圖所示是某次實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點(diǎn)，相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為T。距離如圖。則打B點(diǎn)時的速度為 ；要驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系，測得位移和速度后，還要測出的物理量有 A B C D E F △x1 △x2 △x3 △x4 △x5 【答案】 ① a 平衡摩

14、擦力 b 鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力 （或者：鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；答m鉤《M車 同樣給分） ② 鉤碼的質(zhì)量m,小車的質(zhì)量M。 7. 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，打點(diǎn)計時器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。 （1）打點(diǎn)計時器使用的電源是 （選填選項前的字母）。 A．直流電源 B．交流電源 （2）實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正確操作方法是 （選填選項前的字母）。 A．把長木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量 在不掛重物

15、且 （選填選項前的字母）的情況下，輕推一下小車，若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。 A．計時器不打點(diǎn) B．計時器打點(diǎn) （3）接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計時器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個計數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為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。 實驗中，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，拉力對小車做的功W= ，打B點(diǎn)時小車的速度v= 。 （4）以v2為縱坐標(biāo)，W為

16、橫坐標(biāo)，利用實驗數(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，動能的表達(dá)式中可能包含v2這個因子；分析實驗結(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______________。 【答案】(1)B (2) A B (3)mgk2 (4) （） 小車質(zhì)量的倒數(shù)的2倍，單位 (5)D 【解析】 （4）圖象的截距為，斜率為，所以v2

17、隨W變化的表達(dá)式為。根據(jù)動能定理，得，所以圖象的斜率是；從單位分析，斜率k的單位是，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是小車質(zhì)量的倒數(shù)。 （5）若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則根據(jù) 和，m表示重物質(zhì)量，M表示小車質(zhì)量，則， 當(dāng)重物質(zhì)量滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件時，動能定理為，即，即， 當(dāng)重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件時，動能定理為，即，將，得，即，顯然，變小了，圖象為D。 8.利用如題圖所示的實驗裝置探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系.小車的質(zhì)量為M=200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m=10.0 g，打點(diǎn)計時器的電源為50 Hz的交流電. （1）掛鉤碼前，為了消除摩擦力的影響，應(yīng)

18、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，按實驗要求打出的一條紙帶如題10-2圖所示.選擇某一點(diǎn)為O，一次每隔4個計時點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn).用刻度尺量出相鄰計數(shù)點(diǎn)間的距離，記錄在紙帶上.計算打出各計數(shù)點(diǎn)時小車的速度v，其中打出計數(shù)點(diǎn)“1”時小車的速度v1=______m/s. （3）將鉤碼的重力視位小車受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力對小車做的功W.利用算出小車動能，并求出動能的變化量.計算結(jié)果見下表. 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出圖象. （4）實驗結(jié)果表明，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)可算出小車受到的實際拉力F=__________. 【答案】 （1）小車做勻速運(yùn)動 （2）0.228 （3） （4）0.093 【解析】（2） （3）作圖象時注意：0點(diǎn)不為零，而是2.0，見下圖。 （4），解得，，代入數(shù)據(jù)得 13