2022年物理第一輪復(fù)習(xí)題庫實(shí)驗(yàn)五 探究動能定理

實(shí)驗(yàn)五探究動能定理

實(shí)嬲基礎(chǔ)椅現(xiàn)緊抓教材夯實(shí)基礎(chǔ)

一'基本原理與操作

原理裝置圖操作要領(lǐng)

(1)平衡：墊高木板的一端，平衡摩擦力

(2)做功

①用一條橡皮筋拉小車——做功卬

打點(diǎn)計時器

②用兩條橡皮筋拉小車—做功2W

③用三條橡皮筋拉小車---做功3IV

(3)小車：靠近打點(diǎn)計時器且接通電源再釋放

小車；每次小車須由同一位置由靜止彈出

(4)測速：測出每次做功后小車獲得的速度

二'數(shù)據(jù)處理

1.利用紙帶確定小車的末速度

(1)橡皮筋恢復(fù)原長時小車已勻速，故應(yīng)利用紙帶上間距相等的部分計算小車

速度。

(2)利用計算小車的速度，為減小測量誤差，所選的范圍應(yīng)盡量長些。

2.繪制圖象

分別用各次實(shí)驗(yàn)的。和W繪出W—。，W—4,W—〃等關(guān)系圖象，直到作出的

圖象是一條傾斜的直線。

注意事項

⑴選點(diǎn)測速：測小車速度時，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)動狀態(tài)的點(diǎn)。

(2)橡皮筋的選擇：橡皮筋規(guī)格相同。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單

位即可，不必計算出具體數(shù)值。

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傾角過大也會造成誤差。

(3)利用打上點(diǎn)的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差。

澳酚熱點(diǎn)突破I實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)各個擊破

執(zhí)占

彳，，、八，、m教材原型實(shí)驗(yàn)

命題角度?實(shí)驗(yàn)原理與基本操作

［例1］某學(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖1

中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功記為

W。當(dāng)用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)

驗(yàn)時，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度

由打點(diǎn)計時器所打的紙帶測出。

⑴除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、___________(填測量工具)

和(選填“交流”或“直流”)電源。

(2)實(shí)驗(yàn)中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦阻力，

則下面操作正確的是()

A.放開小車，能夠自由下滑即可

B.放開小車，能夠勻速下滑即可

C.放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可

D.放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可

(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動，當(dāng)小車速度最大時，關(guān)于

橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是()

A.橡皮筋處于原長狀態(tài)

B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)

C.小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處

D.小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線

(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量小車獲得的

速度，應(yīng)選用圖2中紙帶的部分進(jìn)行測量。

)

>.A.B..C..D...E..F,G?H,/?)

圖2

解析(1)為測量小車獲得的速度，必須用刻度尺來測量紙帶上點(diǎn)和點(diǎn)之間的距

離；打點(diǎn)計時器必須使用交流電源。

(2)平衡摩擦力時，也要平衡紙帶與限位孔之間的摩擦力。根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)，

小車做勻速運(yùn)動時即平衡了摩擦力。

(3)若木板水平放置，則未平衡摩擦力。小車速度最大時，也就是加速度為零的

時刻，即橡皮筋對小車的拉力等于小車受到的摩擦力的時刻，此時橡皮筋處于伸

長狀態(tài)，小車還未到兩個鐵釘?shù)倪B線處，B正確。

(4)應(yīng)該選用紙帶上小車做勻速運(yùn)動的部分進(jìn)行測量，此時小車的速度最大，即

GK部分。

答案(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK

拓展訓(xùn)練1某實(shí)驗(yàn)小組用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材做“探究做功與物

體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)把沙和沙桶的總重力當(dāng)做小車

受到的合外力。

帶有定滑輪的長木板紙帶接電源

⑴為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差盡量小，在實(shí)驗(yàn)操作中，下面的做法必要的是

(填選項前的字母)。

A.實(shí)驗(yàn)前要對裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作

B.實(shí)驗(yàn)操作時要先釋放小車，后接通電源

C.在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個研究點(diǎn)離得越近越好

D.在實(shí)驗(yàn)過程中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量

(2)除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外，還需要的測量儀器有o

(3)圖4為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、8兩點(diǎn)來探究功與速度變

化的關(guān)系。已知打點(diǎn)計時器的打點(diǎn)周期為T,重力加速度為g。圖中已經(jīng)標(biāo)明了

要測量的物理量，另外，小車的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為加。請你把要探

究的結(jié)果用題中給出的字母表達(dá)出來:___________________________________

3砰1?J

解析(1)實(shí)驗(yàn)前要對裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作，以保證小車所受合外力恰好

是細(xì)線的拉力，故A正確；實(shí)驗(yàn)操作時，若先放開小車，再接通打點(diǎn)計時器電

源，由于小車運(yùn)動較快，可能打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故B

錯誤；在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個研究點(diǎn)離得越近則測量誤差越大，

故C錯誤；在實(shí)驗(yàn)過程中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，這樣才

能使得沙和沙桶的總重力近似等于細(xì)線對小車的拉力，故D正確。

(2)本題的實(shí)驗(yàn)原理是驗(yàn)證沙桶和沙的總重力做的功等于小車動能的增加量，所

以要測沙和沙桶的總質(zhì)量、小車的質(zhì)量，還要測紙帶上各點(diǎn)的距離來求速度，所

以所需的器材還應(yīng)有天平和刻度尺。

(3)打A點(diǎn)時速度為。1=言，打B點(diǎn)時速度為02=有，所以動能變化量△￡'k=；Ms2

—一'32^—,而沙和沙桶的總重力做的功為WG=mgx,要探究的功

A/f(JO2—Xi?)

與速度變化的關(guān)系為mgx=-32T2。

-r--r-M

答案(1)AD(2)刻度尺、天平(3)"2gx=豆＞

命題角度?數(shù)據(jù)處理及誤差分析

【例2】(2019?江蘇卷，10)某興趣小組用如圖5所示的裝置驗(yàn)證動能定理。

小車打點(diǎn)計時器

(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點(diǎn)計時器供實(shí)驗(yàn)選用:

A.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”)。

⑵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(shí)驗(yàn)中，為消除摩擦力的影響，在祛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?？捶ㄕ_的同學(xué)是(選填

“甲”或“乙”)。

⑶消除摩擦力的影響后，在祛碼盤中加入祛碼。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)，其中的一段如圖6所示。圖中紙帶按實(shí)際

尺寸畫出，紙帶上A點(diǎn)的速度以=m/so

圖6

(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△反=少次需算出。祛碼盤中祛碼的質(zhì)量為m,重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)中，

小車的質(zhì)量應(yīng)________(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“接近”)祛碼、祛碼盤和

沙子的總質(zhì)量，小車所受合力做的功可用W=〃?gL算出。多次測量，若W與△耳

均基本相等則驗(yàn)證了動能定理。

解析(1)電磁打點(diǎn)計時器打點(diǎn)計時時振針與紙帶之間的摩擦較大；電火花打點(diǎn)

計時器是電磁脈沖產(chǎn)生的電火花在紙帶上打點(diǎn)，紙帶所受阻力較小，故選B項。

(2)由于剛開始運(yùn)動，拉力克服最大靜摩擦力，而最大靜摩擦力略大于滑動摩擦

力，故平衡摩擦力的兩種說法中，乙同學(xué)正確。

(3)取與A點(diǎn)相鄰的兩點(diǎn)。

用毫米刻度尺測出兩點(diǎn)之間的距離，如圖所示。

A

I--x—

用平均速度表示A點(diǎn)的瞬時速度，

x12.4X1Q-3

m/s=0.31m/So

VA=2T=2X0.02

(4)本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式是mgL=^Mvl,用跌碼的重力表示拉力的前提是

m?Mo

答案⑴B(2)乙(3)0.31(0.30?0.33都算對)

(4)遠(yuǎn)大于

拓展訓(xùn)練2某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖7甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。小

車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，打點(diǎn)計時器工作頻率為50Hz。

圖7

(1)為了消除小車運(yùn)動過程中所受摩擦力的影響，調(diào)整時應(yīng)將木板(選填

“左”或“右”)端適當(dāng)墊高以平衡摩擦力。

(2)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)打出的一段紙帶如圖乙所示，相鄰兩計時點(diǎn)間距離依次為舫=

3.50cm、BC=3.80cm.CD=DE=EF=FG=GH=4.00cm,則勻速運(yùn)動的速度

v=m/So

(3)根據(jù)多次測量的數(shù)據(jù)，畫出橡皮筋對小車做功卬與小車勻速運(yùn)動的速度。的

關(guān)系如圖丙所示，根據(jù)圖線形狀猜想，W與。的關(guān)系可能為O

A.Ws@B.W80-1C.W^v2D.W°^v3

(4)改變橡皮筋的根數(shù)，若實(shí)驗(yàn)中的所有操作和數(shù)據(jù)處理均無錯誤，則繪出的圖

線(圖中A"="-0,將一根橡皮筋對小車做的功記為1)應(yīng)為過原點(diǎn)的一條直線,

但根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的圖線如圖8所示，造成這一偏差的原因是

解析(1)小車是向右邊彈出，平衡摩擦力時應(yīng)該將左端墊高使重力沿斜面向下

的分力與沿斜面向上的摩擦力平衡。

(2)由題目給的數(shù)據(jù)可知小車從C點(diǎn)到“點(diǎn)做勻速運(yùn)動，則。=需=201"。

(3)圖丙中圖線的形狀與函數(shù)y=x"(n=2,3,4,…)的圖象吻合，故選項C、D

正確。

(4)從圖象截距可看出合外力不做功時，物體仍然會有速度，這表明平衡摩擦力

過度。

答案(1)左(2)2(3)CD(4)平衡摩擦力過度

熱占

命題角度?實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新——利用傳感器、光電門和氣墊導(dǎo)軌

［例3］某學(xué)習(xí)小組用圖9甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“動能定理”。他們在氣墊

導(dǎo)軌上安裝了一個光電門B,滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左

端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止

釋放。

光電門B遮光條

力傳感器、日滑堤

件型....\］A

鉤碼

甲

圖9

(1)某同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d,如圖乙所示，則1=mm。

(2)下列實(shí)驗(yàn)要求中不必要的一項是(請?zhí)顚戇x項前對應(yīng)的字母)。

A.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量

B.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些

C.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平

D.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行

⑶實(shí)驗(yàn)時保持滑塊的質(zhì)量M和A、8間的距離L不變，改變鉤碼質(zhì)量〃?，測出

對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)尸和遮光條通過光電門的時間3通過描點(diǎn)作出線性圖象,

研究滑塊動能變化與合外力對它所做功的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出的圖象是

(填寫選項前對應(yīng)的字母)。

AJ-J圖象B.：一尸圖象

C.p-J圖象D.；一尸圖象

rI

解析(1)由題圖知d=2mm+6X0.05mm=2.30mm。

(2)拉力是直接通過力傳感器測量的，故A不必要；應(yīng)使A位置與光電門的距離

適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故B是必要的；應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，保持細(xì)

線與氣墊導(dǎo)軌平行，這樣拉力才等于合力，故C、D是必要的。

(3)根據(jù)牛頓第二定律F=Ma,滑塊通過光電門的速度為。=(根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式

〃=2以，代入可得出=2%,解得r=媒，所以處理數(shù)據(jù)時應(yīng)做出的圖

IJV1ZLrr

象，故選C。

答案(1)2.30(2)A(3)C

命題角度?實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與創(chuàng)新

［例4］為了“探究動能變化與合外力做功的關(guān)系”，某同學(xué)設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)

方案：

第一步：把長木板附有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細(xì)繩與質(zhì)量為

機(jī)的帶夾子的重錘跨過定滑輪相連，重錘后連一穿過打點(diǎn)計時器的紙帶，調(diào)整木

板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動，如圖10甲所示。

第二步：保持長木板的傾角不變，將打點(diǎn)計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下

細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點(diǎn)計時器，然后接通電源，釋放

滑塊，使之從靜止開始向下加速運(yùn)動，打出紙帶，如圖乙所示。打出的紙帶如圖

丙所示。

圖10

請回答下列問題：

(1)已知。、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點(diǎn)間的時間間隔為加，。點(diǎn)為打點(diǎn)計

時器打下的第一點(diǎn)，根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動的速度，打點(diǎn)計時器打B點(diǎn)時滑塊運(yùn)

動的速度內(nèi)=o

(2)已知重錘質(zhì)量為〃?，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,要測出某一過程合外力對滑塊做

的功還必須測出這一過程滑塊(寫出物理量名稱及符號，只寫一個物理

量)，合外力對滑塊做功的表達(dá)式卬今=o

(3)算出滑塊運(yùn)動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、

B、C、D、E各點(diǎn)的速度0,以方為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出

"―W圖象，可知該圖象是一條,根據(jù)圖象還可求得。

Yq-X\

解析(1)由打出的紙帶可知打B點(diǎn)時的速度為0B=-^—。

(2)由題知撤去重錘后，滑塊下滑時受到的合力等于重錘的重力，只要知道滑塊

下滑的位移x就可求得合力所做的功W=mgxa

(3)由動能定理得卬=%/。2,若描點(diǎn)作出°2一卬圖象，則其為一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的

2

傾斜直線，直線斜率女=比，故可求滑塊質(zhì)量

答案(1)苴潦(2)下滑的位移xmgx(3)過原點(diǎn)的直線滑塊的質(zhì)量M

拓展訓(xùn)練3某同學(xué)為驗(yàn)證“動能定理”設(shè)計了如圖11甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置：用一

個電磁鐵吸住一個小鋼球；當(dāng)將電磁鐵斷電后，小鋼球由靜止開始向下加速運(yùn)動;

小鋼球經(jīng)過光電門時，計時裝置將記錄小鋼球通過光電門所用的時間3用游標(biāo)

卡尺測出小鋼球的直徑d,用直尺測量出小鋼球由靜止開始下降至光電門時的高

度〃，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,那么

01234567

門?.呻他小小|川||即|"他刑犧母而州￥山“小

主尺單位:cm（）］2345678910

游標(biāo)尺