2022版高考物理一轮复习演练：专题5 实验5 探究动能定理

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1．(2021年湖州模拟)为了探究功与速度变化的关系，现提供如图所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后沿木板滑行，请思考探究思路并回答下列问题．(打点计时器所接交变电流的频率为50 Hz)
(1)为了消除摩擦力的影响应采取的措施为__________________．
(2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，我们把第1次实验中橡皮筋对小车做的功记为W．
由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图所示是其中四次实验打出的部分纸带．
试根据以上信息，填写下表．
从表中数据可得出结论：________________________，
___________________________________．
【答案】见解析
【解析】(1)为了消除摩擦力，应将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车在不接橡皮筋时缓慢匀速下滑．
(2)由匀速运动的速度公式v＝eq \f(x,t)，可求出小车的速度，其中x可从题图中读出，分别为2.00 cm,2.83 cm，3.46 cm，4.00 cm，交变电流的频率为50 Hz，故T＝0.02 s．
在误差允许的范围内，橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比．
2．某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理．
(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s＝________ cm．
(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_____．
(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？________(填“是”或“否”)．
【答案】(1)50.00 (2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M (3)否
综合提升练
3．(2021年南昌名校模拟)某同学利用如图甲所示的装置验证动能定理．固定并调整斜槽，使它的末端O点的切线水平，在水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸．将小球从斜槽上不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球平抛的水平位移x，改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：
(1)斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，斜槽底端离地的高度为y，不计小球与水平槽之间的摩擦．

甲 乙 丙
3．(2)以H为横坐标，以______为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图乙所示，达到验证动能定理的目的．
(3)受该实验方案的启发，另一同学改用图丙的装置实验．他将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，仍将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并测量小球击中木板时平抛下落的高度d．当他以H为横坐标，以______为纵坐标时，描点作图，使之仍为一条倾斜的直线，也达到了同样的目的．
【答案】(2)x2 (3)eq \f(1,d)
【解析】(2)设小球离开斜槽时的速度为v，根据平抛运动的规律得x＝vt，y＝eq \f(1,2)gt2，联立得v＝xeq \r(\f(g,2y))．小球在斜槽上滑下过程中，重力和摩擦力做功，则合力做的功W＝mgH－μmgcs θ·eq \f(H,sin θ)＝mgHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(μ,tan θ)))，小球动能的变化量ΔEk＝eq \f(1,2)mv2＝mgeq \f(x2,4y)，则小球从斜槽上滑下的过程中，动能定理若成立应满足的关系式是mgHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(μ,tan θ)))＝mgeq \f(x2,4y)，即x2＝4eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(μ,tan θ)))yH，根据结果可知，以H为横坐标，以x2为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图所示．
(3)根据平抛运动的规律有v＝eq \f(x,t)＝xeq \r(\f(g,2d))，则动能定理表达式为mgHeq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(1－\f(μ,tan θ)))＝mgeq \f(x2,4d)，所以以H为横坐标，以为eq \f(1,d)纵坐标，描点作图，使之仍为一条倾斜的直线．
次数
1
2
3
4
橡皮筋对小车做的功
W
小车速度v/(m·s－1)
v2/(m2·s－2)
次数
1
2
3
4
橡皮筋对小车做的功
W
2W
3W
4W
小车速度v/(m·s－1)
1.00
1.42
1.73
2.00
v2/(m2·s－2)
1.00
2.02
2.99
4.00
高度H
(h为单位长度)
h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h
9h
水平位移x/cm
5.5
9.1
11.7
14.2
15.9
17.6
19.0
20.6
21.7