全国版2021高考物理一轮复习专题六机械能及其守恒考点5实验：探究动能定理精练含解析

全国版2021高考物理一轮复习专题六机械能及其守恒考点5实验：探究动能定理精练含解析

考点5 实验:探究动能定理 ‎1.[2019北京通州区二模,6分]某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系.‎ ‎(1)下列叙述正确的是　　　　. ‎ A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C.放小车的长木板应该尽量水平 D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 ‎(2)实验中,某同学得到了一条如图乙所示的纸带.这条纸带上的点迹间距并不均匀,下列说法正确的是　　　　. ‎ A.纸带的左端与小车相连 B.纸带的右端与小车相连 C.利用E、F、G、H、I、J这些点之间的距离来确定小车的速度 D.利用A、B、C、D这些点之间的距离来确定小车的速度 ‎(3)实验中长木板略微倾斜,这样做　　　　. ‎ A.是为了释放小车后,小车能匀加速下滑 B.是为了增大小车下滑的加速度 C.可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功 D.可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动 ‎(4)如图丙所示是根据多次测量的数据画出的W-v图象,符合实际的是　　　　. ‎ ‎2.[2019福建龙岩二模,6分]如图甲所示是探究“恒力做功与物体动能改变的关系”的实验装置,主要实验步骤如下:‎ ‎①用天平测出滑块(含滑轮)质量M=240 g,并安装好实验装置; ‎ ‎②‎ - 4 -‎ 适当垫高长木板不带滑轮的一端,滑块不挂轻绳,挂上纸带,轻推滑块使滑块沿长木板匀速运动;‎ ‎③轻绳通过长木板末端的滑轮和滑块上的滑轮,一端挂在拉力传感器上,另一端挂质量为m=100 g的钩码,绕过两滑轮的轻绳与长木板平行;‎ ‎④接通打点计时器电源,释放滑块,打出一条点迹清晰的纸带,如图乙所示,相邻计数点的时间间隔为0.1 s,并记录拉力传感器示数F=0.39 N.‎ 回答下列问题:‎ ‎(1)从打点计时器打出B点到打出D点的过程中,合力对滑块(含滑轮)所做的功W=　　　　J,滑块(含滑轮)动能的增量ΔEk=　　　　J.(计算结果均保留2位有效数字) ‎ ‎(2)多次实验发现合力对滑块(含滑轮)所做的功W总略大于滑块(含滑轮)动能的增量ΔEk,可能的原因是　　　　(填选项前面字母). ‎ A.没有满足滑块(含滑轮)质量远大于钩码质量 B.平衡摩擦力过度 C.滑轮摩擦影响 ‎(3)写出一种利用该实验装置还可以完成的物理实验:　　　　　　　　　　　. ‎ ‎3.[2019河北衡水中学模拟,5分]某实验小组用图甲所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系.铁架台竖直固定放置在水平桌面上,将长木板倾斜放置,一端P固定在水平桌面边缘处,另一端放置在铁架台的铁杆上,忽略长木板厚度,P处放置一光电门计时器.实验步骤如下:‎ ‎①用游标卡尺测出滑块的挡光片宽度l,用天平测出含挡光片的滑块的质量m;‎ ‎②以长木板放置在水平桌面上的一端为轴,调节长木板在铁架台上的放置位置,使滑块恰好沿长木板向下做匀速运动.在铁架台竖直杆上记下此位置Q1,用刻度尺测出Q1到水平桌面的高度H;‎ ‎③保持长木板P端与桌面接触位置不变,长木板另一端放置在铁架台竖直杆Q2位置处.用刻度尺量出Q1、Q2的距离h1,将滑块从Q2位置由静止释放,由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1;‎ ‎④保持长木板P端与桌面接触位置不变,重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置,重复步骤③数次.‎ ‎(1)滑块沿长木板由Q2运动到P - 4 -‎ 的过程中,用测量的物理量表示下列物理量(已知重力加速度为g):滑块动能的变化量ΔEk=　　　　,滑块克服摩擦力做的功Wf=　　　　,合力对滑块做的功W合=　　　　. ‎ ‎(2)某学生以长木板在铁架台竖直杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标,以滑块通过光电门的挡光时间的平方的倒数‎1‎t‎2‎为纵坐标,根据测量数据画出如图乙所示图线,若图线过原点,且图线斜率k=　　　　,则能证明合外力做的功等于滑块动能增量. ‎ 考点5　实验:探究动能定理 ‎1.(1)D(1分)　(2)BD(2分)　(3)CD(2分)　(4)C(1分)‎ 解析:(1)橡皮筋对小车做的功和小车获得的动能满足W=‎1‎‎2‎mv2的关系,所以当小车质量一定时,W与v2成正比,故只需要看每次实验的W与v2是否成正比即可,A项错误;实验中改变橡皮筋弹力做功时,为了能定量,可将不同条数的橡皮筋拉到相同的长度,这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系,B项错误;开始实验前需要通过倾斜长木板来平衡摩擦力,C项错误;要想利用打点计时器得到打点纸带,操作时应先接通电源,再让纸带运动,D项正确.‎ ‎(2)纸带右端密集,故纸带的右端是与小车相连的,要测量小车最大速度,应该选用纸带上点迹间距分布均匀的部分,即应选用纸带的A到D部分进行测量,故B、D正确,A、C错误.‎ ‎(3)使木板倾斜,是为了小车受到的摩擦力与小车所受重力沿木板斜面的分力大小相等,在不施加外力时,小车在沿斜面方向上受到的合力为零,小车可以在斜面上静止或做匀速直线运动;小车与橡皮筋连接后,小车所受到的合力等于橡皮筋的弹力,橡皮筋对小车做的功等于合力对小车做的功,故A、B项错误,C、D项正确.‎ ‎(4)实验研究发现,W与v2成正比,故W与v的图象应该是向上弯曲的曲线,C正确.‎ ‎2.(1)0.14(1分)　0.13(1分)　(2)C(2分)　(3)研究匀变速直线运动规律;探究加速度与合外力的关系;探究加速度与质量的关系;测量滑块与长木板间的动摩擦因数.(写出一种即可)(2分)‎ 解析:(1)由题图乙知,合外力对滑块(含滑轮)做的功为W=2FxBD=0.14 J,根据匀变速直线运动的规律可得vB=xAC‎2t=0.6 m/s,vD=xCE‎2t=1.2 m/s,所以滑块(含滑轮)动能的增量ΔEk=‎1‎‎2‎MvD‎2‎-‎1‎‎2‎MvB‎2‎=0.13 J.‎ - 4 -‎ ‎(2)因有拉力传感器测量绳上的拉力,故不需要满足滑块(含滑轮)质量远大于钩码质量,A项错误;若平衡摩擦力过度,会有重力做正功,滑块(含滑轮)动能的增量应大于合外力做的功,B项错误;滑轮有摩擦,需要克服摩擦力做功,有一部分能量转化为内能,所以滑块(含滑轮)动能的增量略小于合外力做的功,C项正确.‎ ‎(3)有打点计时器、纸带,可研究匀变速直线运动的规律;也可测量滑块与长木板间的动摩擦因数;加速度、质量、合外力均可知,故也可以研究加速度与质量、合外力的关系.‎ ‎3.(1)ml‎2‎‎2‎t‎1‎‎2‎(1分)　mgH(1分)　mgh1(1分)　(2)‎2gl‎2‎(2分)‎ 解析:(1)由于挡光片宽度很小,可近似认为滑块通过光电门的速度v=lt‎1‎,滑块(含挡光片)动能的变化量ΔEk=‎1‎‎2‎mv2-0=ml‎2‎‎2‎t‎1‎‎2‎.滑块从Q1释放匀速下滑时,设长木板的倾角为θ,Q1P长度为L,P到铁架台竖直杆的距离为x,由动能定理有mgH-μmgLcos θ=0,且Lcos θ=x,得μmgx=mgH;滑块从Q2释放时,设长木板的倾角为α,Q2P长度为L',则滑块克服摩擦力做的功为Wf=μmgL'cos α,且L'cos α=x,故Wf=mgH.合力做的功W合=mg(H+h1)-Wf=mgh1.‎ ‎(2)由动能定理有W合=ΔEk,即mgh=ml‎2‎‎2‎t‎2‎,整理得‎1‎t‎2‎=‎2gl‎2‎h,故图线斜率k=‎2gl‎2‎.‎ - 4 -‎