物理高考新素養(yǎng)總復(fù)習(xí)粵教版講義第五章機械能實驗五Word版含答案

實驗五探究動能定理誤差分析1.偶然誤差：測量長度時會帶來誤差。減小誤差的辦法：(1)測距離時都應(yīng)從第一個計數(shù)點0量起；(2)多測幾次取平均值。2.系統(tǒng)誤差：實驗中重物和紙帶下落過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)做功，故動能的增加量ΔEk必定稍小于重力做的功WG。注意事項1.為減小誤差，應(yīng)重復(fù)多次實驗，從中挑選出打點清晰的一條紙帶進(jìn)行測量。2.應(yīng)盡可能減小各種阻力的影響，可采取如下措施：(1)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，以減小空氣阻力的影響。(2)打點計時器必須穩(wěn)固安裝在鐵架臺上，并且兩個限位孔的中線要嚴(yán)格豎直，以減小紙帶所受的摩擦力。(3)釋放前將紙帶拉至豎直且保證不與限位孔接觸以減小紙帶與限位孔間的摩擦。3.實驗時必須是先接通電源，打點計時器正常工作后再放開紙帶讓重物下落。4.各點的速度不能用v＝gt來求解。熱點一教材原型實驗【例1】在利用打點計時器“探究外力做功與動能變化的關(guān)系”實驗中，如果紙帶上前面幾個點比較密集，不夠清晰，可舍去前面的比較密集的點，在后面取一段打點較為清晰的紙帶，同樣可以驗證，如圖1所示，取O點為計時起點，各點的間距已量出并標(biāo)在紙帶上，所用交流電的頻率為50Hz，重物的質(zhì)量為m。(g取9.8m/s2)圖1(1)打A點時，重物下落速度為vA＝________，重物動能EkA＝________。(2)打F點時，重物下落速度為vF＝________，重物動能EkF＝________。(3)打點計時器自打出A點開始到打出F點，重物重力做功為________，動能的增加量為________。(4)根據(jù)紙帶上提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重物從打點計時器打出A點到打出F點的過程中，得到的結(jié)論是_____________________________________。解析(1)vA＝eq\f(OB,2T)＝eq\f(（2.40＋2.79）×10－2,2×0.02)m/s≈1.30m/sEkA＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)＝eq\f(1,2)m×1.302J≈0.85mJ。(2)vF＝eq\f(EG,2T)＝eq\f(（4.37＋4.76）×10－2,2×0.02)m/s≈2.28m/sEkF＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,F)＝eq\f(1,2)m×2.282J≈2.60mJ。(3)WG＝mghAF＝m×9.8×(2.79＋3.19＋3.58＋3.97＋4.37)×10－2J≈1.75mJ。ΔEk＝EkF－EkA＝2.60mJ－0.85mJ＝1.75mJ(4)因為在實驗誤差允許范圍內(nèi)WG＝ΔEk，所以重力對物體做的功等于物體動能的變化。答案(1)1.30m/s0.85mJ(2)2.28m/s2.60mJ(3)1.75mJ1.75mJ(4)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)ΔEk＝WG，即重力對物體做的功等于物體動能的變化熱點二實驗拓展創(chuàng)新命題角度用驗證牛頓第二定律的裝置探究動能定理【例2】利用如圖2所示的實驗裝置探究“恒力做的功與系統(tǒng)動能變化的關(guān)系”，已知小車質(zhì)量為470g，打點計時器所用交流電的頻率為50Hz，重力加速度g＝9.8m/s2。圖2(1)掛小砂桶前，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30g的小砂桶，按實驗要求打出的一條紙帶如圖3所示，選擇某一點為0，之后依次每5個計時點取一個計數(shù)點，用刻度尺量出幾個相鄰計數(shù)點間的距離記錄在紙帶上，測得計數(shù)點“1”到計數(shù)點“6”之間的距離為18.00cm。由計數(shù)點“1”到計數(shù)點“6”的過程中，小砂桶所受重力做的功為__________J，小車和小砂桶系統(tǒng)動能的增加量為__________J。(計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)圖3解析(1)為消除摩擦力的影響，可墊高木板右端，直至向左輕推小車，觀察到紙帶上各點間隔均勻。(2)由計數(shù)點“1”到計數(shù)點“6”的過程中，小砂桶所受重力做的功為mgs＝0.030×9.8×0.18J＝0.0529J。根據(jù)做勻變速直線運動的質(zhì)點在一段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間的中間時刻的瞬時速度可得，打“1”點時小車的速度大小為v1＝eq\f(s02,2T)＝eq\f(1.68＋2.32,2×0.1)×10－2m/s＝0.2m/s;打“6”點時小車的速度大小為v6＝eq\f(s57,2T)＝eq\f(4.69＋5.31,2×0.1)×10－2m/s＝0.5m/s;小車和小砂桶組成的系統(tǒng)動能的增加量為ΔEk＝eq\f(1,2)(m＋M)veq\o\al(2,6)－eq\f(1,2)(m＋M)veq\o\al(2,1)＝eq\f(1,2)×0.5×0.52J－eq\f(1,2)×0.5×0.22J＝0.0525J。答案(1)紙帶上各點間隔均勻(或小車做勻速直線運動)(2)0.05290.0525命題角度用氣墊導(dǎo)軌探究動能定理【例3】(2019·湖北武漢調(diào)考)利用氣墊導(dǎo)軌驗證動能定理，實驗裝置示意圖如圖4所示。圖4實驗主要步驟如下：①在水平桌面上放置氣墊導(dǎo)軌，將它調(diào)至水平；②用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d；③由導(dǎo)軌標(biāo)尺讀出兩光電門中心之間的距離s；④將滑塊移至光電門1左側(cè)某處，待托盤靜止不動時，釋放滑塊，從固定在滑塊上的拉力傳感器讀出細(xì)線拉力的大小F，從數(shù)字計時器讀出遮光條通過光電門1的時間Δt1,通過光電門2的時間Δt2；⑤用天平稱出滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M。回答下列問題：(1)以滑塊(包含遮光條和拉力傳感器)為研究對象，在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若滿足關(guān)系式__________________(用測量的物理量的字母表示)，則可認(rèn)為驗證了動能定理；(2)關(guān)于本實驗，某同學(xué)提出如下觀點，其中正確的是________；A.理論上，遮光條的寬度越窄，遮光條通過光電門的平均速度越接近瞬時速度B.牽引滑塊的細(xì)繩應(yīng)與導(dǎo)軌平行C.需要考慮托盤和砝碼受到的空氣阻力對實驗結(jié)果產(chǎn)生的影響D.托盤和砝碼的總質(zhì)量m必須遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M解析(1)滑塊經(jīng)過兩光電門的速度分別為v1＝eq\f(d,Δt1)、v2＝eq\f(d,Δt2)，對滑塊運用動能定理有Fs＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2。(2)理論上，遮光條的寬度越窄，通過光電門的時間越短，遮光條通過光電門的平均速度越接近瞬時速度，A正確；牽引滑塊的細(xì)繩應(yīng)與導(dǎo)軌平行，若不平行，則細(xì)繩對滑塊拉力方向就在不停變化，其做功變?yōu)樽兞ψ龉Χ鴮?dǎo)致無法計算，故B正確；本實驗的研究對象是滑塊，故不需要考慮托盤和砝碼受到的空氣阻力做功，C錯誤；該實驗細(xì)繩拉力直接可以用傳感器測量，故托盤和砝碼的總質(zhì)量m不用必須遠(yuǎn)小于滑塊、遮光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M，D錯誤。答案(1)Fs＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt2))2－eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt1))2(2)AB

1.某實驗小組要探究力對物體做功與物體獲得速度的關(guān)系，選取的實驗裝置如圖5所示。圖5(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和__________電源(填“交流”或“直流”)。(2)實驗主要步驟如下：Ⅰ.實驗時，為使小車所受合力等于橡皮筋的拉力，在未連接橡皮筋前將木板的左端用小木塊墊起，使木板傾斜合適的角度，啟動電源，輕推小車，得到的紙帶應(yīng)該是圖6中的__________(填“甲”或“乙”)；圖6Ⅱ.使小車在一條橡皮筋的作用下由靜止彈出，沿木板運動，此過程中橡皮筋對小車做的功記為W；Ⅲ.再分別改用完全相同的2條、3條……橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時，除由靜止釋放外，還必須____________________(填寫相應(yīng)實驗條件)，使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W；Ⅳ.分析打點計時器打出的紙帶，分別求出小車每次獲得的最大速度v1、v2、v3、…。如圖7所示是實驗中打出的一條紙帶，為了測量小車獲得的最大速度，應(yīng)選用紙帶的__________部分進(jìn)行測量；圖7Ⅴ.只有一條橡皮筋時，作出W－v圖象，則下列符合實際的圖象是__________。(3)若該小組實驗時在遺忘了步驟Ⅰ的情況下也完成了實驗，那么當(dāng)小車速度最大時，橡皮筋處于__________(填“伸長”或“原長”)狀態(tài)。解析(1)電磁打點計時器接4～6V的交流電源，電火花計時器接220V的交流電源。因此需要交流電源。(2)為使小車所受合外力等于橡皮筋的拉力，實驗前必須平衡摩擦力，木板傾斜合適的角度，啟動電源，輕推小車，使小車做勻速直線運動，得到的紙帶應(yīng)該是點跡均勻的乙。分別改用完全相同的2條、3條……橡皮筋作用于小車，每次釋放小車時除由靜止釋放外，還必須從同一位置釋放，使得每次每條橡皮筋對小車做的功都為W。為了測量小車獲得的最大速度，應(yīng)選用紙帶的點跡均勻部分即GJ(或HJ)部分進(jìn)行測量；由動能定理有W＝eq\f(1,2)mv2，作出W－v圖象，則符合實際的圖象是D。(3)若該小組實驗時在遺忘了步驟Ⅰ(即沒有平衡摩擦力)的情況下也完成了實驗，那么當(dāng)小車速度最大時，橡皮筋拉力等于摩擦力，即橡皮筋處于伸長狀態(tài)。答案(1)交流(2)乙；從同一位置釋放；GJ(或HJ)；D(3)伸長2.(2019·湖北仙桃、天門、潛江三市模擬)在“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實驗中，某小組采用如圖8甲所示的裝置。圖8(1)關(guān)于此次實驗下面說法合理的是__________。A.實驗中若采取墊高木板一端作為平衡摩擦力的方法，改變小車質(zhì)量重新做實驗時必須重新平衡摩擦力B.實驗中要調(diào)節(jié)滑輪的高低，使滑輪和小車之間的細(xì)線保持水平C.若使用沙桶和沙的總重力作為計算做功的恒力，用小車、沙桶和沙的總質(zhì)量作為計算動能改變中的質(zhì)量，實驗中沙桶和沙的總質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量D.若在小車前端加裝力傳感器，用傳感器的示數(shù)作為做功的恒力，實驗中沙桶和沙的總質(zhì)量可以不必遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)某同學(xué)實驗時測出了小車位移s，算出了與之對應(yīng)的速度v，作出了v2－s圖象如圖乙所示，已知圖線的斜率為k，則小車運動的加速度表達(dá)式為__________。解析(1)設(shè)小車的質(zhì)量為M，此時木板與水平面的夾角為θ，當(dāng)平衡摩擦力時重力沿斜面向下的分力等于滑動摩擦力，即Mgsinθ＝μMgcosθ，改變小車的質(zhì)量M后，等式依然成立，故不需要重新平衡摩擦力，選項A錯誤；調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)線與長木板保持平行，否則拉力不會等于合力，選項B錯誤；沙桶和沙減少的重力勢能等于小車、沙桶和沙增加的動能之和，故實驗中不需要沙桶和沙的總質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，選項C錯誤，在實驗中可以用傳感器測出細(xì)線拉力大小，不是將沙桶和沙的重力作為小車的拉力，故不需要滿足沙桶和沙的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，選項D正確。(2)根據(jù)速度位移公式得v2－veq\o\al(2,0)＝2as，解得v2＝2as＋veq\o\al(2,0)，則斜率k＝2a，故a＝eq\f(k,2)。答案(1)D(2)a＝eq\f(k,2)3.某同學(xué)利用如圖9甲所示的實驗裝置驗證動能定理。水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上A點處有一帶長方形遮光片的滑塊，其總質(zhì)量為M，左端由跨過輕質(zhì)光滑定滑輪的細(xì)繩與一裝有適量細(xì)沙的易拉罐相連，易拉罐和里面的細(xì)沙總質(zhì)量為m。遮光片兩條長邊與導(dǎo)軌垂直，導(dǎo)軌上B點有一光電門，可以測量遮光片經(jīng)過光電門時的擋光時間t，d表示遮光片的寬度，L表示A、B兩點間的距離。滑塊與導(dǎo)軌間沒有摩擦力，用g表示重力加速度。圖9(1)該同學(xué)首先用游標(biāo)卡尺測量了遮光片的寬度，如圖乙所示，遮光片的寬度d＝________cm。(2)該同學(xué)首先調(diào)整導(dǎo)軌傾角，讓滑塊恰好在A點靜止。剪斷細(xì)繩后，滑塊開始加速下滑，則滑塊受到的合外力的大小為________。(3)為驗證從A到B的過程中滑塊所受合外力做功與滑塊動能變化的關(guān)系，需要驗證的關(guān)系式為________________________(用題目中所給的物理量符號表示)。解析(1)寬度d＝(11＋0.4)mm＝11.4mm＝1.14cm。(2)由于滑塊恰好在A點靜止，因此滑塊所受重力沿斜面