高考物理一輪總復(fù)習(xí)第五章實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理講義含解析新人教版.docx

實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理數(shù)據(jù)處理1測出每次做功后小車獲得的速度2分別用各次實(shí)驗(yàn)測得的v和W繪制Wv或Wv2、Wv3、圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系3結(jié)論：物體速度v與外力做功W間的關(guān)系Wmv2.誤差分析1誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比2沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過大也會(huì)造成誤差3利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測量不準(zhǔn)帶來誤差注意事項(xiàng)1平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角2選點(diǎn)測速：測小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的3規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時(shí)，力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作典例賞析典例1(2017北京卷)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v2W圖象由此圖象可得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v2W關(guān)系的是_.圖4解析(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用50 Hz交流電(2)平衡摩擦力的方法為將木板一端墊高，使得重力下滑分力平衡掉所有阻力，包括打點(diǎn)過程中的阻力，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)的阻力小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)是通過紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等判定的，故需計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)根據(jù)WFx，拉力大小為mg，O到B位移為x2，所以Wmgx2.由于小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，B點(diǎn)為AC時(shí)間中點(diǎn)，AB段平均速度為B點(diǎn)瞬時(shí)速度，得到v.(4)由圖象可知為直線，v2kWb從圖中讀出b0.01，在圖中直線上任取兩個(gè)非測量點(diǎn)的點(diǎn)，讀出縱坐標(biāo)差和橫坐標(biāo)差，算得k4.7，所以v24.7W0.01.由等式兩端的物理量單位可知，左側(cè)單位m2s2，右側(cè)單位為J.所以k的單位為，所以與斜率有關(guān)的物理量是質(zhì)量(5)該實(shí)驗(yàn)與課本實(shí)驗(yàn)不同，不是使用不同的數(shù)量的橡皮筋，每次測量一個(gè)速度，而是用重物質(zhì)量確定，一次實(shí)驗(yàn)中取不同位置的點(diǎn)，測量多個(gè)速度設(shè)小車質(zhì)量為M，可知重物與小車整體a，設(shè)小車滑行x時(shí)速度為v，則2axv20，可得v2mgx.實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為Wmgx，則v2W，m與M為定值，所以A正確答案(1)B(2)AB(3)mgx2(4)v24.7W0.01質(zhì)量(5)A題組鞏固1(2019西安模擬)某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系(1)下列敘述正確的是_.A每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C放小車的長木板應(yīng)該盡量使其水平D先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出(2)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得到了一條如圖乙所示的紙帶這條紙帶上的點(diǎn)距并不均勻，下列說法正確的是_.乙A紙帶的左端是與小車相連的B紙帶的右端是與小車相連的C利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度D利用A、B、C、D這些點(diǎn)之間的距離來確定小車的速度(3)實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜，這樣做_.A是為了釋放小車后，小車能勻加速下滑B是為了增大小車下滑的加速度C可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動(dòng)(4)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的Wv圖象如圖丙所示，根據(jù)圖線形狀，可知對W與v的關(guān)系符合實(shí)際的是圖丙中的_.丙解析：(1)橡皮筋對小車做的功和小車獲得的動(dòng)能滿足Wmv2的關(guān)系，所以當(dāng)小車質(zhì)量一定時(shí)，W與v2成正比，只需要看W與v2是否成正比即可，故A錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中改變拉力做功時(shí)，為了能定量，所以用不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長度，這樣橡皮筋對小車做的功才有倍數(shù)關(guān)系，故B錯(cuò)誤；從紙帶上看出，小車先加速運(yùn)動(dòng)后勻速運(yùn)動(dòng)，這樣的話就需要平衡摩擦力，故木板應(yīng)該是傾斜的，故C錯(cuò)誤；利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到打點(diǎn)紙帶時(shí)應(yīng)先接通電源，后讓紙帶運(yùn)動(dòng)，故D正確(2)紙帶右端密集，故紙帶的右端是與小車相連的，要測量最大速度，應(yīng)該選用點(diǎn)跡間距均勻的部分，即應(yīng)選用紙帶的A、B、C、D部分進(jìn)行測量，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤(3)使木板傾斜，小車受到的摩擦力與小車所受重力的分量大小相等，在不施加拉力時(shí)，小車在斜面上受到的合力為零，小車可以在斜面上靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)；小車與橡皮筋連接后，小車所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確(4)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，W與v2成正比，故W與v的圖象應(yīng)該是向上彎曲的曲線，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤答案：(1)D(2)BD(3)CD(4)C2在“探究功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)方案：使小物塊在橡皮筋的作用下沿水平桌面被彈出，第二次、第三次操作時(shí)分別改用2根、3根同樣的橡皮筋將小物塊彈出測出小物塊被彈出時(shí)的速度，然后找到牽引力對小物塊做的功與小物塊速度的關(guān)系(1)要測得小物塊被彈出后的水平速度，需要測量哪些物理量_(填正確答案標(biāo)號，g已知)A小物塊的質(zhì)量mB橡皮筋的原長xC橡皮筋的伸長量xD桌面到地面的高度hE小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L(2)用測量的物理量表示獲得速度大小的表達(dá)式_.(3)能夠?qū)崿F(xiàn)橡皮筋對小物塊做功整數(shù)倍變化的是_.A增加相同橡皮筋的條數(shù)，使小物塊每次從同一位置釋放B橡皮筋兩端固定，使橡皮筋的伸長量依次加倍C橡皮筋兩端固定，使橡皮筋的長度依次加倍D釋放小物塊的位置等間距的變化(4)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出Wv2的圖象如圖乙所示，圖線不通過原點(diǎn)的原因是_.解析：(1)(2)物塊離開桌面后做平拋運(yùn)動(dòng)，豎直方向hgt2，水平方向Lvt，解得vL ，要測物塊被彈出時(shí)的速度，需要測量桌面到地面的高度h，小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L，故D、E正確(3)實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇相同的橡皮筋，使橡皮筋的形變量相同，通過改變橡皮筋的條數(shù)改變橡皮筋對小車所做的功，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤(4)物塊在桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈力對物塊做正功，摩擦力對物塊做負(fù)功，由于物塊要克服摩擦力做功，則圖象不過原點(diǎn)答案：(1)DE(2)vL (3)A(4)物塊在桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)要克服摩擦力做功熱點(diǎn)二數(shù)據(jù)處理與誤差分析典例賞析典例2(2017江蘇卷)利用如圖所示的實(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M200.0 g，鉤碼的質(zhì)量為m10.0 g，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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)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)要求打出的一條紙帶如圖所示選擇某一點(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x，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. (3)將鉤碼的重力視為小車受到的拉力，取g9.80 m/s2，利用Wmgx算出拉力對小車做的功W.利用EkMv2算出小車動(dòng)能，并求出動(dòng)能的變化量Ek.計(jì)算結(jié)果見下表W/103 J2.452.923.353.814.26Ek/103 J2.312.733.123.614.00請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在下面的方格紙上作出EkW圖象 (4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ek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(shí)際拉力F_ N.解析(1)小車能夠自由做勻速運(yùn)動(dòng)，紙帶上打出間距均勻的點(diǎn)，則表明平衡摩擦力；(2)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為T0.1 s，v10.228 m/s；(3)描點(diǎn)畫圖，如圖所示(4)對整體，根據(jù)牛頓第二定律：mg(mM)a，鉤碼：mgFTma，聯(lián)立解得繩上拉力：FT g0.093 N.答案(1)小車做勻速運(yùn)動(dòng)(2)0.228(3)見下圖(4)0.093 題組鞏固3在“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中(裝置如圖甲)：甲(1)下列說法哪一項(xiàng)是正確的_.(填選項(xiàng)前的字母)A平衡摩擦力時(shí)必須將鉤碼通過細(xì)線掛在小車上B為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量C實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由靜止釋放(2)圖乙是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分，選取O、A、B、C計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz，則打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為_m/s(保留三位有效數(shù)字)乙解析：(1)平衡摩擦力時(shí)不需要將鉤碼掛在小車上，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由靜止釋放，選項(xiàng)C正確(2)由題中紙帶可知，打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度為v m/s0.653 m/s.答案：(1)C(2)0.6534(2019甘肅蘭州模擬)某同學(xué)為探究“合外力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，操作步驟為：按圖1擺好實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M0.20 kg，鉤碼總質(zhì)量m0.05 kg.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f50 Hz)，然后釋放小車，打出一條紙帶圖1(1)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中選取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖2所示，把打下的第一點(diǎn)記作0，選取點(diǎn)跡清晰的三個(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)標(biāo)記為1、2、3(相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出)，用刻度尺測得計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3到0點(diǎn)的距離分別為d125.6 cm，d236.0 cm，d348.0 cm.他把鉤碼重力作為小車所受合外力(g取9.8 m/s2)，算出打下0點(diǎn)到打下點(diǎn)2過程中合力做功W_ J，把打下點(diǎn)2時(shí)小車的動(dòng)能作為小車動(dòng)能的改變量，算得Ek_ J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)圖2(2)根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，他并沒能得到“合外力對物體做的功等于物體動(dòng)能的增量”，且誤差較大你認(rèn)為產(chǎn)生這種情況的原因可能是_(寫出一條即可)解析：(1)由題意，合力做功為Wmgd20.176 J；打下點(diǎn)2時(shí)小車的速度v21.12 m/s，此時(shí)小車的動(dòng)能EkMv0.125 J.(2)由于鉤碼重力做功大于小車動(dòng)能增加量，其原因一定是合外力小于鉤碼的重力，所以可能的原因是未平衡摩擦力或鉤碼的質(zhì)量沒有滿足遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的條件答案：(1)0.1760.125(2)沒有平衡摩擦力或鉤碼的質(zhì)量沒有滿足遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量的條件熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新核心提煉創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新方案實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)方案利用自由落體運(yùn)動(dòng)探究功和動(dòng)能的關(guān)系利用動(dòng)能定理測量動(dòng)摩擦因數(shù)數(shù)據(jù)處理(1)摩擦阻力問題：靠小車重力的下滑分力平衡摩擦力自由下落減少阻力氣墊導(dǎo)軌減少摩擦力(2)速度的測量方法：勻速運(yùn)動(dòng)速度測量紙帶上各點(diǎn)速度光電門v速度傳感器直接顯示速度大小典例賞析典例3某學(xué)習(xí)小組利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動(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s_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t1和t2，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s70.30 cm20.30 cm50.00 cm.(2)由于該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的是動(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M(3)否題組鞏固5(2019欽州模擬)某校物理興趣小組利用如圖甲所示裝置探究合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系在滑塊上安裝一遮光條，系輕細(xì)繩處安裝一拉力傳感器(可顯示出輕細(xì)繩中的拉力)，把滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上A處，細(xì)繩通過定滑輪與鉤碼相連，光電門安裝在B處氣墊導(dǎo)軌充氣，將滑塊從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t.(1)用螺旋測微器測量遮光條的寬度，如圖乙所示，則寬度為_ mm.(2)多次改變鉤碼的質(zhì)量(拉力傳感器記錄的讀數(shù)F相應(yīng)改變)，測得多組F和t數(shù)據(jù)，要得到線性變化圖象，若已經(jīng)選定F作為縱坐標(biāo)，則橫坐標(biāo)代表的物理量為_.AtB(t)2C. D.2(3)若正確選擇橫坐標(biāo)所代表的物理量后，得出線性變化圖象的斜率為k，且已經(jīng)測出A、B之間的距離為s，遮光條的寬度為d，則滑塊質(zhì)量(含遮光條和拉力傳感器)的表達(dá)式為M_.解析：(1)螺旋測微器的固定刻度為2.5 mm，可動(dòng)刻度為60.01 mm0.060 mm，所以最終讀數(shù)為2.5 mm0.060 mm2.5