2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（六）实验：探究动能定理

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2022届高考物理一轮复习力学实验专项训练（六）实验：探究动能定理1.如图所示是某同学探究动能定理的实验装置．已知重力加速度为g，不计滑轮摩擦阻力，该同学的实验步骤如下：A.将长木板倾斜放置，小车放在长木板上，长木板旁放置两个光电门A和B，砂桶通过滑轮与小车相连．B.调整长木板倾角，使得小车恰好能在细绳的拉力作用下匀速下滑，测得砂和砂桶的总质量为m.C.某时刻剪断细绳，小车由静止开始加速运动．D.测得挡光片通过光电门A的时间为，通过光电门B的时间为，挡光片宽度为d，小车质量为M，两个光电门A和B之间的距离为L.E.依据以上数据探究动能定理．(1)根据以上步骤，你认为以下关于实验过程的表述正确的是________．A.实验时，先接通光电门，后剪断细绳B.实验时，小车加速运动的合外力为C.实验过程不需要测出斜面的倾角D.实验时，应满足砂和砂桶的总质量m远小于小车质量M(2)小车经过光电门的瞬时速度为________，________.如果关系式________________在误差允许范围内成立，就验证了动能定理．2.某同学利用如图1所示的装置探究合外力做功与动能变化量的关系。铁架台固定在水平桌面上，长木板A点固定在水平桌面边缘上，且可绕A点转动，另一端放置在铁架台上，使长木板倾斜放置，在A点固定一光电门，用光电计时器测量遮光片通过光电门的时间。请完善下列实验步骤：（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d如图2所示，其读数为________cm。（2）以长木板的A点为轴，调节长木板左端在铁架台上的位置到B点，B点距离桌面的高度为H时，给物块一个初速度后，物块从B点恰能匀速运动到A点。（3）若调节长木板左端，使其位于B点上方高度为h的C点，物块从C点由静止下滑到A点，遮光片经过光电门的时间为t。（4）改变h的大小，多次重复步骤（3），测量多组数据，为得到物块所受合外力做功与动能变化量的一次函数关系图象，应采用下列哪个图象__________。A. B. C. D.（5）若该图象的斜率为k，重力加速度为g，当_______（用字母表示）时，表明物块所受合外力做功与物块动能变化量相等。3.用如图所示的装置测滑块与木板间的动摩擦因数.同种材料的薄木板，表面粗糙程度相同，将较长的木板B放置于水平地面上，左端固定在竖直墙的O点，木板A倾斜固定在木板B上，顶端靠墙，用一段圆弧状木板C将平滑连接.将滑块P从木板A的顶端由静止释放，P最终停在木板B上某点Q（图中未画出）处；改变木板A在木板B上的位置，木板A与水平面的倾角改变，重复实验.（1）要测定滑块P与木板间的动摩擦因数，每次实验只需要测量的两个物理量是_______.A.滑块P的质量m   B.木板A与水平面的倾角θC.木板A的顶端与O点的竖直高度h D.Q点与O点间的距离x（2）计算滑块P与木板间的动摩擦因数的公式________,用（1）问中所选的物理量表示.（3）由于木板C是圆弧状，将产生系统误差，会使所测得的动摩擦因数比实际值__________（填“偏大”或“偏小”）.4.某研究小组用如图所示实验器材验证动能定理.他们将两光电门固定在力学轨道上，两光电门之间的距离为，质量为M的小车与质量为m的回形针通过细线和滑轮相连接（），实验中用回形针拉动小车在轨道上运动.如图所示，记录下小车通过两光电门的时间分别为和，测出挡光片的宽度为d，即可验证恒力做功的动能定理.（1）为了减小实验误差，研究小组通过选择合适质量的回形针，提高实验精度.研究小组选取122.9 g的小车和不同质量的回形针进行实验，得到如下表所示的实验结果.从表中数据看出，回形针的质量越小，实验误差________.回形针质量与实验误差的关系小车的质量/g回形针质量/g实验误差n122.917.06.59%12.36.15%8.05.40%5.25.29%（2）研究小组以小车为研究对象，在实验中不考虑摩擦影响，若能获得等量关系式_______________（用表示），即可验证恒力做功的动能定理.（3）为进一步减小实验误差，研究小组继续减少回形针质量，发现实验误差反而增大了.你认为产生此现象的原因是______________________________________________.5.晓宇利用如图所示的实验装置验证动能定理时，完成了如下的操作：A.取下牵引滑块的细绳，将民木板的右端适当垫高以平衡摩擦力；B.挂上细绳，将滑块由光电门右侧适当位置静止释放，记录遮光条通过光电门时的挡光时间，同时读出力传感器的示数F;C.测量遮光条的宽度d，遮光条到光电门的距离L。已知当地的重力加速度为g。回答下列问题：1.该实验_______(填“要求”或“不要求”）钩码的质量远远小于滑块和遮光条的质量；2.为了验证动能定理，该实验还应测量_________(填“滑块和遮光条的质量M”“钩码的质量m”或“滑块和遮光条以及钩码的质量”)，如果以滑块为研究对象，则表述动能定理的关系式应为_______(用以上对应物理量的符号表示)；3.改变细绳所挂的钩码个数，经过多次实验发现拉力所做的功总是比滑块动能的增量大一些，造成这一情况的原因可能是________.6.某实验小组利用如图所示装置进行“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时的速度大小和;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.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m B.长木板的倾角θC.两传感器间的距离l D.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)7.某同学利用如图甲所示的气垫导轨装置做“探究动能定理”实验。在气垫导轨上安装了两光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。实验时，测出光电门1、2间的距离为L，遮光条的宽度为d，滑块和遮光条的总质量为M，钩码质量为m。（1）完成下列实验步骤中的填空：①用游标卡尺测量遮光条的宽度d，结果如图乙所示，________mm；②按图甲所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；③实验时要调整气垫导轨水平。不挂钩码和细线，接通气源，释放滑块，如果滑块经两个光电门的时间相等，则表示气垫导轨已调整至水平状态；④挂上钩码后，接通气源，再放开滑块，记录滑块通过光电门1的时间和通过光电门2的时间，求出小车的动能增量；⑤改变钩码的质量，重复步骤④，求得滑块在不同合力作用下小车的动能增量。（2）对于上述实验，下列说法正确的是_________。A.滑块的加速度与钩码的加速度大小相等 B.弹簧测力计的示数为滑块所受合力C.实验过程中钩码处于超重状态 D.钩码的总质量m应远小于滑块的质量M（3）由本实验得到的数据得出小车的动能增量与弹簧测力计的示数F的关系式满足_________（用题所给字母表示），则说明在误差允许的范围内动能定理成立。8.如图1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)打点计时器使用的电源是________(选填选项前的字母）。
A.直流电源  B.交流电源
(2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是______(选填选项前的字母）。
A.把长木板右端垫高  B.改变小车的质量
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
(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……,如图2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。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=_______.
(4)以为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作出如图3所示的图象。由此图象可得随W变化的表达式为______。根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含这个因子;分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是_______.

(5)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4中正确反映关系的是(   )A.  B. C. D.             参考答案及解析1.答案：(1)AC(2)解析：(1)按照操作规程，应先接通光电门后释放小车，否则可能小车已经通过光电门，光电门还没有工作，测不出小车通过光电门A的时间，故A正确．平衡时，除了绳子拉力以外的力的合力与绳子的拉力等值反向，实验时，剪断细绳，则小车加速运动的合外力为，故B错误．实验过程中，倾斜木板的目的是平衡摩擦力，不需要测出斜面的倾角，故C正确．实验时，剪断细绳，砂和砂桶不随小车运动，无需考虑砂和砂桶的总质量m是否远小于小车质量M，故D错误．(2)由于挡光片比较小，通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替其瞬时速度，因此小车经过光电门时的瞬时速度分别为：.小车从A到B的过程中，其合外力做功，系统的动能增加，增量为：，因此只要比较二者是否相等，即可探究合外力做功与动能改变量之间关系是否相等．即如果关系式在误差允许范围内成立，就验证了动能定理．2.答案：（1）0.960     （4）B     （5）解析：（1）游标卡尺主尺读数为9 mm，游标尺读数为，所以读数为。（4）根据动能定理有，解得；根据，则，选项B正确。（5）由（4）可知当时，表明物块所受合外力做的功与物块动能变化量相等。3.答案：（1）CD   （2）   （3）偏大解析：本题考查能量守恒定律和滑动摩擦力公式.（1）（2）设滑块P释放时到B板的高度为h，在B板停止的位置到O点的距离为x，根据动能定理可知，得，所以只需要测量滑块P释放时到B板的高度h，在B板停止的位置到O点的距离x，故选CD.（3）因为滑块P在木板C上做圆周运动，由于向心力的存在，使滑块受到的弹力大于，摩擦力f大于，摩擦力做功大于，对于全过程则有，解得，即测量值偏大.4.答案：（1）越小     （2）     （3）由于小车的速度太小，轨道摩擦的影响会增大（只要答“轨道摩擦的影响会增大”即可）解析：本题考查验证动能定理实验.（1）从表中数据可以看到，回形针的质量越小，实验误差越小。（2）小车的速度为，对小车的拉力为，故需要验证的关系为。（3）回形针质量太小，小车的速度太小，轨道摩擦的影响会增大，相对误差较大. 5.答案：1.不要求  2.滑块和遮光条的质量M；  3.摩擦力未被完全平衡掉 解析：1.实验中由于有力传感器测量力，所以不要求钩码的质量远远小于滑块和遮光条的质量。2.滑块经过光电门时的速度，以滑块为研究对象，则表述动能定理的关系式为：，实验中需要测量滑块和遮光条的质量M。3.经过多次实验发现拉力所做的功总是比滑块动能的增量大一些，原因可能是摩擦力未被完全平衡掉，因此拉力的一部分用来克服摩擦力做功。6.答案：(1)否　(2)ACD　(3)解析：(2)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,根据动能定理可以知道,合外力对小车做的功等于小车动能的变化量,则有:,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,所以ACD选项是正确的。7.答案：（1）6.60     （2）B（3）解析：（1）。（2）因为钩码向下运动x位移，滑块就要运动位移，所以滑块的加速度是钩码加速度的2倍，即A项错误；弹簧测力计的示数为滑块所受合力，不需要满足钩码的总质量m应远小于滑块的质量M的条件，实验过程中钩码处于失重状态，所以B项正确，C、D项错误。（3）根据动能定理有。8.答案：(1)B  (2)A;B  (3);(4);质量  (5)A解析：(1)打点计时器使用的电源是交流电源,故选B。(2)实验中,平衡摩擦力和其他阻力时,应先不挂重物,把长木板右端适当垫高,在小车后面挂上纸带,接通电源,在打点计时器打点的情况下,轻推一下小车,给小车一个初速度,若小车拖着纸带做勾速运动,则表明已经消除了摩擦力和其他阻力的彩响。(3)实验中,可认为小车所受的拉力F大小为,从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功。在匀变速直线运动中,中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度,故.(4)由题图3可知,斜率,其单位为,又,故,故故,因此斜率的单位为,故与图线斜率有关的物理量应是质量。(5)假设完全消除了摩擦力和其他阻力空影响,对由小车和重物组成的系统,其动能增加量为,考虑到我们按重力做功,有,即,故的图象斜率,保持不变,故选项A正确。