2020届高考物理总复习第五章机械能高效演练创新预测实验五探究动能定理（含解析）新人教版

2020届高考物理总复习第五章机械能高效演练创新预测实验五探究动能定理（含解析）新人教版

探究动能定理1.(2019·衡阳模拟)现提供了如图甲所示的实验器材，来探究“合外力做的功与物体速度变化的关系”的实验，由图可知：(1)平衡摩擦力时，小车是否要挂纸带_____(选填“要”或“不要”)。 (2)在某次实验中，得到如图乙所示的一条纸带，在A、B、C三个计数点中应该选用_____(选填“A”“B”或“C”)点的速度才符合实验要求。 (3)某同学采用如图甲所示的装置来做实验，先使小车不连接橡皮筋，发现小车在木板上加速下滑。那么，在橡皮筋弹力的作用下，合外力对小车所做的功_____(选填“大于”“小于”或“等于”)橡皮筋弹力所做的功。 【解析】(1)小车运动时，受到木板的阻力以及纸带与打点计时器间的摩擦阻力，所以平衡摩擦力时，小车需要挂纸带。(2)橡皮筋恢复原长后，小车做匀速直线运动，所以选用C点的速度才符合实验要求。(3)小车不连接橡皮筋，发现小车在木板上加速下滑，可知木板倾斜。在橡皮筋弹力的作用下，合外力对小车所做的功大于橡皮筋弹力做功。答案：(1)要　(2)C　(3)大于2.(2019·郑州模拟)图甲是小明探究橡皮筋弹力做的功W与小车动能变化ΔEk间的关系的装置图，长木板放在水平桌面上，橡皮筋的两端分别与小车和挡板相连。实验中，通过增加橡皮筋的条数来改变弹力所做的功。(1)下列实验操作正确的是_____。 nA.实验时，应先释放小车，然后接通电源B.增加橡皮筋条数时，应选取相同的橡皮筋C.每次应将小车拉到相同的位置由静止释放D.实验前应平衡小车在木板上所受的摩擦力(2)图乙是实验中某条纸带的一部分，相邻计数点间时间间隔T=0.1s。为探究橡皮筋弹力做的功W与小车动能变化ΔEk间的关系，小明用v==m/s来计算小车的速度。他的算法是否正确？_____(选填“正确”或“不正确”)，理由是　 _______________________________________________。 (3)图丙是根据实验数据所画出的W-ΔEk图象，根据此图象能否验证动能定理？_____(选填“能”或“不能”)，理由是　____________________________。 【解析】(1)实验时，应先接通电源，再释放小车，故A错误；实验时，要求通过增加橡皮筋的条数，使功成倍增加，故增加橡皮筋条数时，应选取相同的橡皮筋，并且每次应将小车拉到相同的位置由静止释放，故B、C正确；实验要探究橡皮筋做的功等于小车动能的变化量，所以应该消除摩擦力的干扰，实验前应先平衡小车在木板上所受的摩擦力，故D正确。(2)他的算法不正确。理由是由纸带可看出在打2、3、4点时，小车仍处于加速阶段，应该选取小车匀速运动时的纸带计算速度。(3)根据此图象不能验证动能定理。因为由图象只能得出W与ΔEk成线性关系，并不能得到两者相等关系。答案：(1)B、C、D　(2)不正确　此时小车仍处于加速阶段　(3)不能　由图象只能得出W与ΔEk成线性关系，并不能得到两者相等关系3.某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验，实验步骤如下：A.挂上钩码，调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动；B.打开速度传感器，取下轻绳和钩码，保持A中调节好的长木板倾角不变，让小车从长木板顶端由静止下滑，分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2；C.重新挂上细绳和钩码，改变钩码的个数，重复A到B的步骤。n回答下列问题：(1)按上述方案做实验，长木板表面粗糙对实验结果是否有影响？_____(选填“是”或“否”)。 (2)若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有_______。 A.悬挂钩码的总质量mB.长木板的倾角θC.两传感器间的距离lD.小车的质量M(3)根据实验所测的物理量，动能定理的表达式为：________(重力加速度为g)。 【解析】(1)小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态，撤去钩码后小车的合外力等于钩码的重力，所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响。(2)(3)根据动能定理可知，合外力对小车做的功等于小车动能的变化量，则有mgl=M-M，所以要测量悬挂钩码的总质量m，两传感器间的距离l，小车的质量M，故A、C、D正确，B错误。答案：(1)否　(2)A、C、D　(3)mgl=M-M4.(2019·榆林模拟)某同学利用图示装置“探究功与动能变化的关系”，图中气垫导轨已调至水平。(1)测得两光电门中心间的距离为L，测得固定在滑块上的竖直挡光条的宽度为d，记录挡光条通过光电门1和2的时间分别为t1和t2则滑块通过光电门1和2时的速度大小分别为v1=_______和v2=_______。 n(2)在(1)中，从力传感器中读出滑块受到的拉力大小为F，滑块、挡光条和力传感器的总质量为M，若动能定理成立，则必有FL=___________。(用对应物理量的符号表示) 【解析】(1)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度知，滑块通过光电门1的瞬时速度为v1=，通过光电门2的瞬时速度为v2=。(2)拉力做功等于动能的变化量，则有FL=M-M=M。答案：(1)　　(2)M5.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器来探究动能定理。如图所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到的拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。(1)实验主要步骤如下：①测量_______和拉力传感器的总质量m1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需装置。 ②将小车停在C点，接通电源，再　， 小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。③在小车中增加砝码，或___________，重复②的操作。 (2)如表是他们测得的几组数据，其中m是m1与小车中砝码质量之和，|-|是两个速度传感器所记录速度的二次方差的绝对值，可以据此计算出动能变化量ΔEk，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中的ΔEk3=_____J，W3=_________J。(结果保留三位有效数字) 数据记录表n次数m/kg|-|/(m2·s-2)ΔEk/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400ΔEk31.220W341.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430(3)根据表中数据在图中的坐标纸上作ΔEk-W图线。【解析】(1)实验中应测量小车和拉力传感器的总质量；打点计时器使用时应先接通电源，再释放小车；在小车中增加砝码或减少砝码来改变小车的质量，重复实验。(2)ΔEk3=m|-|=×0.500×2.400J=0.600J；W3=F3·LAB=1.220×0.500J=0.610J。(3)ΔEk-W图线如图所示：答案：(1)①小车　　②释放小车　　③减少砝码(2)0.600　0.610(3)见解析图【加固训练】n(2017·江苏高考)利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0g，钩码的质量为m=10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电。(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到 ___________________________________________________　。 (2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图乙所示。选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上。计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1=_______m/s。 (3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，g取9.80m/s2，利用W=mgΔx算出拉力对小车做的功W。利用Ek=Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔEk。计算结果如表所示。W/×10-3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10-3J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在方格纸上作出ΔEk-W图象。(4)实验结果表明，ΔEk总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=_______。 n【解析】(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到小车做匀速直线运动，即纸带上的点迹等距均匀。(2)v1=×10-2m/s=0.228m/s。(3)如图所示(4)对钩码有mg-F=ma，a=×10-2m/s2，联立解得F=0.093N。答案：(1)小车做匀速运动　(2)0.228(3)见解析图　(4)0.0936.如图所示，气垫导轨上质量为M的滑块通过轻质细绳绕过轻质动滑轮与拉力传感器相连，动滑轮下悬挂质量为m的钩码，滑块上遮光条宽度为d。实验时，滑块由静止释放，测得遮光条通过光电门的时间为Δt，拉力传感器的读数为F。(1)用游标卡尺测量遮光条宽度，其读数为_______cm。 (2)某同学在“探究绳子拉力对滑块做功与滑块动能变化的关系”实验时，记录滑块的初位置与光电门的距离L及挡光条通过光电门的时间Δt，测得多组L和Δtn值。应用图象法处理数据时，为了获得线性图象应作_______象(选填“L-”“L-”或“L-(Δt)2”)，该图象的斜率k=_________。 (3)该同学通过实验发现：绳子拉力F做的功总大于滑块动能的变化量。若实验数据测量准确，出现该情况的可能原因是_________。 A.钩码质量m未远小于滑块质量MB.滑块运动过程中克服阻力做功C.气垫导轨没有调节水平D.没有考虑动滑轮的质量【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为3mm，游标尺上第12个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为12×0.05mm=0.60mm，所以最终读数为：3mm+0.60mm=3.60mm=0.360cm。(2)滑块通过光电门的速度v=，根据动能定理可知FL=M()2，解得L=·，故为了获得线性图象应作L-图象，斜率为k=。(3)小车受到的拉力是通过拉力传感器获得的，与钩码的质量和小车质量无关，故A错误；滑块运动过程中克服阻力做功，故B正确；气垫导轨没有调节水平，拉力做功的一部分转化为小车的势能，动能减小，故C正确；动滑轮的质量不会影响拉力传感器的拉力大小，故D错误。答案：(1)0.360　(2)L-　　(3)B、C【加固训练】为验证“动能定理”，即：合外力对物体做的功等于物体动能的变化，实验装置如图甲，木板倾斜构成斜面，斜面B处装有图乙所示的光电门。(1)如图丙，用10分度的游标卡尺测得挡光条的宽度d=_________cm。 n(2)装有挡光条的物块由A处静止释放后沿斜面加速下滑，读出挡光条通过光电门的挡光时间t，则物块通过B处时的速度为_________(用字母d，t表示)。 (3)测得A、B两处的高度差为H，水平距离L；已知物块与斜面的动摩擦因数为μ，为了完成实验，还必须知道的物理量是___________。 (4)如果实验结论得到验证，则以上各物理量之间的关系满足：H=___________(用字母表示)。 【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为0.5cm，游标读数等于0.1×1mm=0.1mm=0.01cm，所以最终读数为0.5cm+0.01cm=0.51cm。(2)物块通过光电门时的速度为v=。(3)根据物块下滑过程中，重力与滑动摩擦力做的功，等于动能的增加，则m=mgH-μmgcosθ·=mgH-μmgL，为了完成实验，还必须知道的物理量是重力加速度g。(4)根据动能定理得m=mgH-μmgL，解得H==。答案：(1)0.51　(2)　(3)当地的重力加速度g(4)n