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WV22W2v23W3v2例題和習題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的打點計時器供實驗選用：A.電磁打點計時器B.電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇_(選填“A”或“B”)(2)保持長木

2、板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔。實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動。同學甲認為，此時摩擦力的影響已經(jīng)得到消除。同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動。看法正確的同學是_(選填“甲”或“乙”)。（3）消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼，接通打點計時器電源，松開小車，小車運動，紙帶被打出一系列點，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點的速度=_m/s.（4）測出小車的質(zhì)量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為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，

3、小車的質(zhì)量應(選填“遠大于”、“遠小于”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（0.300.33都算對）（4）遠大于【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，而甲同學的情況是下滑力克服最大靜摩擦力。本實驗是滑動摩擦力，所以乙同學正確。（3）用刻度尺測出A兩邊的兩點間的距離為，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

4、學生不以為然，果然吃虧。不聽老人言吃虧在眼前嘛!（4）為什么小車的質(zhì)量應遠大于砝碼、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，長木板應水平放置B通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加C小車在橡皮筋拉力作用下做勻加速直線運動，當橡皮筋恢復原長后小車做勻速運動D應選擇紙帶上點距均勻的一段計算小車的速度【答案】BD3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）設法讓橡

5、皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、； （2）分析打點計時器打出的紙帶，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_。A本實驗設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。當用1條橡皮筋進行是實驗時，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小車運動中會受到阻力，補償?shù)姆椒ǎ梢允鼓景暹m當傾斜。C某同學在一次實驗中，得到一條記

6、錄紙帶。紙帶上打出的點，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，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點到最后一點的距離來進行計算?！敬鸢浮緿【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兩點各

7、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：測量 和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路；將小車停在C點， ，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度；在小車中增加砝碼，或 ，重復的操作（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

8、線圖13 【答案】（1）小車；由靜止開始釋放小車；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，鉤碼尚未到達地面，打點計時器工作頻率為50 Hz（1）（實驗的部分步驟如下：在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細線連接小車和鉤碼；將小車停在打點計時器附近， ， ，小車拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一列點， ；改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復的操作（2）圖1是鉤碼質(zhì)量為0.03 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

9、始點O及A、B、C、D和E五個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到O的距離S及對應時刻小車的瞬時速度v，請將C點的測量結(jié)果填在表1中的相應位置表1紙帶的測量結(jié)果測量點S/cmr/(ms1)00.000.35A1.510.40B3.200.45C_D7.150.54E9.410.60（3）在小車的運動過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)， _做正功， 做負功（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v2v2v02），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 02468100.000.050.100.150.200.25s/cmv2/(m2s2)【答案】（1）接通電源

10、、釋放小車 斷開開關(guān)（2）506 049 （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 小車的質(zhì)量【解析】 （1）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點讀數(shù)1.00 cm ,得C點的S值5.06cmC點速度鉤砝的重力做正功, 小車受摩擦阻力做負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某同學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 b 如圖所示是某次實驗中得到的一條紙

11、帶，其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。距離如圖。則打B點時的速度為 ；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 ABCDEFx1x2x3x4x5【答案】 a 平衡摩擦力 b 鉤碼的重力遠小于小車的總重力（或者：鉤碼的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量；答m鉤M車 同樣給分） 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，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。（1）打點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

12、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 B計時器打點（3）接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。測得A、B、C各點到O點的距離為x1、x2、x3，如圖2所示。實驗中，重物質(zhì)量遠小于小車質(zhì)量，可認為小車所受的拉力大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W= ，打B點時小車的速度v= 。（

13、4）以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據(jù)做出如圖3所示的v2W圖像。由此圖像可得v2隨W變化的表達式為_。根據(jù)功與能的關(guān)系，動能的表達式中可能包含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)的物理量應是_。（5）假設已經(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_?！敬鸢浮?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隨W變化的表達式為。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

14、應是小車質(zhì)量的倒數(shù)。（5）若重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(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，當重物質(zhì)量滿足遠小于小車質(zhì)量的條件時，動能定理為，即，即，當重物質(zhì)量不滿足遠小于小車質(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.選擇某一點為O，一次每隔4個計時

15、點取一個計數(shù)點.用刻度尺量出相鄰計數(shù)點間的距離，記錄在紙帶上.計算打出各計數(shù)點時小車的速度v，其中打出計數(shù)點“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.2.452.923.353.814.262.312.733.123.614.00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）小車做勻速運動 （2）0.228 （3） （4）0.093【解析】（2）（3）作圖象時注意：0點不為零，而是2.0，見下圖。（4），解得，代入數(shù)據(jù)得 13