高考物理一轮复习学案：实验四、探究动能定理

这是一份高考物理一轮复习学案：实验四、探究动能定理，共12页。学案主要包含了实验器材，实验步骤，数据处理等内容，欢迎下载使用。
W合＝ΔEk＝Ek末－Ek初＝12mv22−12mv12
（一）求解W合，需要F合和X W合=F合X
要点一、F牵≠F合，但是我们用F牵替代F合，一定会有误差，
必须平衡摩擦力 （也叫补偿阻力） F牵−f=Ma
砂和小桶的总质量要远小于小车和砝码的总质量的 [ mg=M+ma]
m≪M,则 mg≈Ma
（二）测量初末两点的速度
V1=V=S1+S22T V2=V=S2+S32T
二、实验器材
小车，砝码，小桶，砂，细线，附有定滑轮的长木板，垫木，打点计时器，低压交流电源，导线两根，纸带，托盘天平及砝码，米尺等。
三、实验步骤
1.按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂重物用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。但是纸带要加上去（解释：避免纸带与打点计时器之间的摩擦）
2.平衡摩擦力: 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木的位置，直至小车在斜面上可以保持匀速直线运动状态(也可以从纸带上打的点是否均匀来判断)。
3、接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，以及A、B、C的各点的瞬时速度
4、取计数点到0点的距离为x，计算做功W, 以v2为横坐标，w为纵坐标，作出w—v2图像
四、数据处理
1、求解某一计数点对应的瞬时速度
V1=V=S1+S22T V2=V=S2+S32T
2、求解做功
W合=F合X （F合为重物的重力）

3、误差分析
正常
倾角过大（平衡摩擦力过度）
未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足（倾角过小）
重物的质量没有远小于车的质量
1．（2022·浙江衢州·二模）图1为“探究做功与物体速度变化的关系”的实验装置。以小车为研究对象，小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出，功的具体数值可以不测量，由此探究小车合外力所做的功与速度变化的关系。
（1）实验中_______（选填“需要”或“不需要”）补偿小车受到阻力的影响，理由是_______。
（2）在某次实验中打出的纸带上选取8个计数点，如图2所示，第一个打点记为计数点0，除计数点0、1间外，其余两相邻计数点间均有四个打点未画出，则打计数点5时，小车的速度大小v5=_______m/s（结果保留两位有效数字）。
（3）取计数点到0点的距离为x，以v2为横坐标，x为纵坐标，作出x—v2图像，除计数点5外，其余各点已经标在图3中，请在答题卷的坐标纸上标出计数点5，画出图线_______并求出该图线的斜率k=_______。[选用重物质量m，小车质量M，重力加速度g，细线牵引力T、小车所受合外力F等代表物理量的字母表示（字母的单位均已为国际制单位）]。
2．（2022·辽宁·模拟预测）如图所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。
（1）实验中，把长木板右端垫高，平衡摩擦力和其它阻力。在不挂重物且_____（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。
A．计时器不打点 B．计时器打点
（2）接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图所示。
实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W=_____，打B点时小车的速度v=_____。
（3）假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图中正确反映v2-W关系的是_____；若v2-W图线直线部分的斜率为k，则从理论上分析可知小车的质量为_____。
A． B． C． D．
3．（2021·四川绵阳·一模）用如图甲所示装置完成“探究动能定理”实验。
（1）实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力。正确操作方法是：把长木板右端垫高，___________（选填选项前字母），若小车能拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。
A．在不挂重物且计时器打点的情况下，由静止释放小车
B．在挂上重物且计时器打点的情况下，由静止释放小车
C．在不挂重物且计时器打点的情况下，轻推小车
D．在挂上重物且计时器打点的情况下，轻推小车
（2）挂上质量m=50g的重物，接通电源，由静止释放质量M=540g小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O，在纸带上依次取A、B、C······若干个计数点，相邻计数点间有1个计时点（未画出），打点频率为50Hz。如图乙所示，测得A、B、C·到O点的距离分别为x1=60.87cm、x2=65.10cm、x3=69.48cm。认为小车所受的拉力大小为mg，取g=9.8m/s2。从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W=___________J，小车增加的动能ΔEkB=___________J。在误差范围内，得到合外力做的功与物体动能增加量相等。（结果均保留3位有效数字）
（3）更多组数据计算发现，拉力对小车做的功W始终略大于小车动能增加量ΔEk，其原因可能是___________。（选填选项前的字母）
A．长木板右端垫高不足
B．长木板右端垫高太高
C．绳子对小车的实际拉力小于重物重力
D．绳子对小车的实际拉力大于重物重力
4．（2020·辽宁·二模）某实验小组用图（甲）所示的实验装置和器材做“探究动能定理”实验。
(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是_________。
A．实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作
B．实验操作时要先释放小车，后接通电源
C．在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量
D．在实验过程中要保证木板上的轻质细线与木板平行
(2)除实验装置图中的仪器外，还需要的测量仪器有__________________________________。
(3)如图（乙）为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究“动能定理”。已知打点计时器的打点周期为T，图中已经标明了要测量的物理量。另外，小车的质量为M，与小车相连的光滑滑轮的质量为m0，力传感器的示数为F，则需要探究表达式______________________________是否成立。（表达式结果用题中给出的字母表示）
5．（2020·河南·模拟预测）某实验小组的同学利用如图甲所示的实验装置验证了动能定理，实验时该小组的同学将小车由光电门1的左侧静止释放，通过细绳在砝码的牵引下开始运动，先后经过光电门1、2，并通过计算机记录了挡光时间。经测量可知小车和挡光片的总质量为M，砝码盘及砝码的总质量为m。
根据所学的知识回答下列问题：
(1)摩擦力的影响会对该实验带来一定的误差，为了平衡摩擦力，实验时应________（填“取下”或“挂上”）砝码盘，并适当地垫高长木板的________（填“左”或“右”）端；
(2)在(1)的前提下，为了使细绳的拉力大小近似等于砝码盘及盘中砝码的总重力，应使小车和挡光片的总质量为M________（填“远大于”“大于”“等于”“小于”或“远小于”）砝码盘及盘中砝码的总质量；
(3)实验小组的同学用游标卡尺对挡光片的宽度进行了测量，读数如图乙所示，则挡光片的宽度d=________cm；
(4)计算机记录小车通过光电门1、2的时间分别为、，且两光电门之间的距离为L，重力加速度用g表示，则验证动能定理的关系式应为________（用以上相关物理量的字母表示）。
6．（2022·广东·模拟预测）一小组同学欲以如图a装置中的滑块为对象探究动能定理，他们还找到了打点计时器所用的学生电源、天平、刻度尺、导线、复写纸、纸带、细沙。当滑块连接上纸带，用平行于长木板的细线通过滑轮挂上空的小沙桶时，轻轻释放小桶，滑块处于静止状态。实验时测得滑块质量为M，沙和沙桶总质量为m。若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：
（1）挂上空的小沙桶前，首先要做的步骤是______。
（2）实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等，沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是______。
（3）在（1）（2）小问的基础上，某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）。已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出P点时小车的速度大小vP=______m/s（结果保留2位小数）。
（4）如果以合力对滑块做的功W为纵轴，以_____（选填v或v2）为横轴，图线就是一条直线，其斜率为______（用题中的字母表示）。
（5）实验中，如果让沙和沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动，也可以用来探究滑块与沙和沙桶组成的系统机械能是否守恒。用打点计时器记录其运动情况，若在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1