專(zhuān)題05探究動(dòng)能定理頂峰相見(jiàn)2024年高考物理實(shí)驗(yàn)培優(yōu)突破原卷版

專(zhuān)題05探究動(dòng)能定理1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系.2.通過(guò)分析論證和實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力和創(chuàng)新精神.【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹刻骄抗εc物體速度變化的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)原理】(1)一根橡皮筋作用在小車(chē)上移動(dòng)距離s——做功為W。(2)兩根橡皮筋作用在小車(chē)上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為2W。(3)三根橡皮筋作用在小車(chē)上移動(dòng)距離s——做功應(yīng)為3W。(4)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求出小車(chē)離開(kāi)橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定速度變化與功的關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)器材】橡皮筋、小車(chē)、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘?shù)取！緦?shí)驗(yàn)步驟】(1)墊高木板的一端，平衡摩擦力；(2)拉伸的橡皮筋對(duì)小車(chē)做功：①用一條橡皮筋拉小車(chē)做功W；②用兩條橡皮筋拉小車(chē)做功2W；③用三條橡皮筋拉小車(chē)做功3W；(3)測(cè)出每次做功后小車(chē)獲得的速度；(4)分別用各次實(shí)驗(yàn)測(cè)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?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】物體速度v與外力做功W間的關(guān)系。1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)將木板一端墊高，使小車(chē)的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡，方法是輕推小車(chē)，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(chē)是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到長(zhǎng)木板的一個(gè)合適的傾角。(2)測(cè)小車(chē)速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻的部分，也就是選小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)的部分。(3)橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的，力對(duì)小車(chē)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。(4)小車(chē)質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些。2.實(shí)驗(yàn)探究的技巧與方法(1)不直接計(jì)算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理.(2)做wv圖象，或Wv2、Wv3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線(xiàn)。考向一實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作【例題1】某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的裝置探究“動(dòng)能定理”，圖中小車(chē)中可放置砝碼，實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz。（1）實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：①在小車(chē)中放入砝碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)后端，用細(xì)線(xiàn)連接小車(chē)和鉤碼；②將小車(chē)停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，接通電源，釋放小車(chē)，小車(chē)拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；③改變鉤碼或小車(chē)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0.03kg，砝碼質(zhì)量為0.02kg時(shí)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(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離x及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車(chē)的瞬時(shí)速度v，測(cè)量結(jié)果在表1中的相應(yīng)位置。表1紙帶的測(cè)量結(jié)果測(cè)量點(diǎn)00.000.35A1.510.40B3.200.45C5.080.49D7.150.54E9.410.60（3）在小車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于鉤碼、砝碼和小車(chē)組成的系統(tǒng)，做正功，小車(chē)所受摩擦阻力做負(fù)功。（4）實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖2中的圖線(xiàn)（其中），根據(jù)圖線(xiàn)可獲得的直接結(jié)論是。（5）要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，還需要測(cè)量的物理量是摩擦力和。考向二數(shù)據(jù)處理與誤差分析【例題2】某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)能定理。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：（1）該同學(xué)先用圖甲所示裝置，測(cè)滑塊與長(zhǎng)木板間的滑動(dòng)摩擦力f，把彈簧測(cè)力計(jì)的一端固定在墻上，用力F水平向左拉放在水平面上的長(zhǎng)木板，使長(zhǎng)木板向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)穩(wěn)定，則：①為了測(cè)出滑塊與長(zhǎng)木板之間的滑動(dòng)摩擦力的大小，下列操作中正確的是；A．長(zhǎng)木板作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)B．長(zhǎng)木板作勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)C．長(zhǎng)木板作變加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)D．以上運(yùn)動(dòng)均可以②滑塊受到長(zhǎng)木板的滑動(dòng)摩擦力f的大小為N。（2）如圖乙所示，將圖甲中的長(zhǎng)木板裝上定滑輪平放在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使拉滑塊的細(xì)線(xiàn)與長(zhǎng)木板平行。由靜止釋放滑塊，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶如圖丙所示，O點(diǎn)為剛釋放鉤碼時(shí)打下的點(diǎn)，A、B、C、D是四個(gè)連續(xù)點(diǎn)，各點(diǎn)與O點(diǎn)間的距離在圖中已標(biāo)出，在打出此紙帶的過(guò)程中，力傳感器的示數(shù)為F，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的周期為T(mén)，測(cè)得滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量為m，重力加速度為g。則：①該實(shí)驗(yàn)（選填“需要”或“不需要”）鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量；②打下C點(diǎn)時(shí)，鉤碼的速度為；此時(shí)，如果表達(dá)式[用（1）、（2）題中物理量字母表示]成立，即可驗(yàn)證動(dòng)能定理。考向三實(shí)驗(yàn)拓展與創(chuàng)新【例題3】將位移傳感器和速度傳感器獲得的數(shù)據(jù)同時(shí)輸入計(jì)算機(jī)，可一次性直接得到位移和速度的關(guān)系圖像。為了探究動(dòng)能定理，科技小組設(shè)計(jì)了如圖（a）所示裝置，讓鐵塊從傾角為θ的斜面上某位置由靜止開(kāi)始下滑，通過(guò)位移傳感器測(cè)定鐵塊到傳感器的距離l，用速度傳感器測(cè)定與l對(duì)應(yīng)位置鐵塊的速度，在計(jì)算機(jī)中得到如圖（b）的曲線(xiàn)圖像，曲線(xiàn)在（0，a）處的切線(xiàn)斜率為零，在（b，0）處的切線(xiàn)斜率大小為k，重力加速度為g。(1)根據(jù)圖（b）及已知量，可知下列說(shuō)法正確的是。A．x是鐵塊到傳感器的距離l，y是鐵塊的速度vB．y是鐵塊到傳感器的距離l，x是鐵塊的速度vC．若鐵塊質(zhì)量為m，則鐵塊下滑過(guò)程中所受合力大小為F＝D．若鐵塊質(zhì)量為m，則鐵塊下滑過(guò)程中所受合力大小為F＝(2)在計(jì)算機(jī)中重新設(shè)置位移與速度的函數(shù)關(guān)系，讓計(jì)算機(jī)繪出的x-v2圖像是一條斜率為k0的直線(xiàn)，則鐵塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝。1．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置做“探究加速度與合外力關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M。（1）為了使滑塊受到的合外力近似等于鉤碼的重力，下列不必要的操作是（單選）。A．平衡摩擦力

B．調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平C．調(diào)節(jié)牽引滑塊的細(xì)線(xiàn)水平

D．使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量（2）先用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d=mm。（3）按正確的操作，接通氣源，將滑塊由A點(diǎn)靜止釋放（A點(diǎn)到光電門(mén)的距離為x），記錄鉤碼的質(zhì)量及滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)遮光條遮光時(shí)間，改變懸掛鉤碼的質(zhì)量進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次滑塊均從A點(diǎn)由靜止釋放，實(shí)驗(yàn)測(cè)得多組鉤碼的質(zhì)量m及對(duì)應(yīng)的遮光條遮光時(shí)間t，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)的瞬時(shí)速度v=，作出圖像，如果圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線(xiàn)，圖像的斜率k=，則表明質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合外力成正比（用實(shí)驗(yàn)中已知量和所測(cè)物理量的符號(hào)表示）。（4）若用此實(shí)驗(yàn)過(guò)程驗(yàn)證滑塊和鉤碼系統(tǒng)的動(dòng)能定理，只要驗(yàn)證表達(dá)式成立即可（用實(shí)驗(yàn)中已知量和所測(cè)物理量的符號(hào)表示）。2．某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的動(dòng)能定理，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，主要實(shí)驗(yàn)步驟如下：A．用天平測(cè)量滑塊與遮光條的總質(zhì)量M以及鉤碼的質(zhì)量m，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌成水平狀態(tài)；B．將帶有遮光條的滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上，用跨過(guò)光滑定滑輪的細(xì)線(xiàn)拴接滑塊和鉤碼，調(diào)節(jié)細(xì)線(xiàn)；C．將滑塊由氣墊導(dǎo)軌的左側(cè)某個(gè)位置由靜止釋放，通過(guò)刻度尺讀出釋放點(diǎn)與光電門(mén)之間的距離L以及遮光條通過(guò)光電門(mén)的擋光時(shí)間；D．重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟得出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．（1）下列說(shuō)法正確的是（填標(biāo)號(hào)）；A．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，鉤碼的重力做的功等于繩對(duì)滑塊的拉力做的功B．需要調(diào)節(jié)細(xì)線(xiàn)與氣墊導(dǎo)軌成平行狀態(tài)C．為了完成該實(shí)驗(yàn)，還需要測(cè)量擋光片從釋放點(diǎn)到光電門(mén)處的運(yùn)動(dòng)時(shí)間（2）若測(cè)得擋光條的寬度為d，則滑塊經(jīng)過(guò)光電門(mén)的瞬間速度為；（3）以為縱軸、以為橫軸，當(dāng)繪出的函數(shù)圖像的斜率，就能驗(yàn)證系統(tǒng)的動(dòng)能定理。3．在物理學(xué)研究中，通過(guò)理論推導(dǎo)得出的結(jié)論，常常還要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的證明和實(shí)踐的檢驗(yàn)。某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證動(dòng)能定理。（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。（2）關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的一項(xiàng)是（填標(biāo)號(hào)）。A．為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中一定要保證和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量B．若選用電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，則應(yīng)選用6V的直流電源C．開(kāi)始時(shí)小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放置，先接通電源，再由靜止釋放小車(chē)，打出紙帶，同時(shí)記錄力傳感器的示數(shù)D．需要用天平測(cè)出砂和砂桶的總質(zhì)量（3）某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車(chē)的質(zhì)量為，砂和砂桶的總質(zhì)量為，力傳感器的示數(shù)為，得到如圖乙所示的無(wú)漏點(diǎn)紙帶，O點(diǎn)是釋放小車(chē)瞬間打下的點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源的打點(diǎn)周期為。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的動(dòng)能為（用題干及圖乙中測(cè)得的部分物理量表示）；從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下O點(diǎn)到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下B點(diǎn)，細(xì)線(xiàn)的拉力對(duì)小車(chē)做的功為（用題干及圖乙中測(cè)得的部分物理量表示）。在誤差允許的范圍內(nèi)，若由實(shí)驗(yàn)得到，則動(dòng)能定理得到驗(yàn)證。4．實(shí)驗(yàn)室提供如圖所示的氣墊導(dǎo)軌和光電門(mén)組合實(shí)驗(yàn)裝置，并有天平、螺旋測(cè)微器、細(xì)線(xiàn)、力傳感器等輔助器材。某實(shí)驗(yàn)小組利用該裝置及輔助器材來(lái)探究合外力做功與物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系，已知實(shí)驗(yàn)時(shí)光電門(mén)1和光電門(mén)2測(cè)出遮光條通過(guò)它們的時(shí)間分別為和。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：（1）用螺旋測(cè)微器測(cè)量遮光條寬度d時(shí)，其示數(shù)如圖乙所示，則mm；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還需要測(cè)量的物理量有：兩光電門(mén)之間的距離L、滑塊的質(zhì)量m和（請(qǐng)寫(xiě)出物理量及對(duì)應(yīng)的字母）；（3）實(shí)驗(yàn)得到滑塊從光電門(mén)1位置運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2位置過(guò)程中合外力做功的表達(dá)式為，滑塊動(dòng)能變化量的表式為（用題中相關(guān)字母表示）；（4）以下操作步驟可以減小實(shí)驗(yàn)誤差的有。A．為平衡摩擦力適當(dāng)墊高導(dǎo)軌右端B．兩個(gè)光電門(mén)之間的距離適當(dāng)遠(yuǎn)一些C．遮光條的寬度適當(dāng)小一些D．換用質(zhì)量盡量大的滑塊5．某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能定理”，如圖，他們將拉力傳感器固定在小車(chē)上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線(xiàn)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(chē)受到拉力的大?。谒阶烂嫔舷嗑?0.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器記錄小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)的速度大小。小車(chē)中可以放置砝碼。(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(xiàn)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(chē)停在C點(diǎn)，，小車(chē)在細(xì)線(xiàn)拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線(xiàn)拉力及小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)