2020年高考物理必考17个实验精讲精练专题06探究动能定理含解析.pdf

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1、探究动能定理探究动能定理 基本知识基本知识 动能定理：动能定理：力在一个过程中对物体所做的功，等于物体在这个过程中动能的变化即末动能减去初动能。 当初速度为零时，功与速度的二次方成正比。 2 2 1 mvW 实验装置：实验装置： 实验步骤：实验步骤： 第一次用 1 根橡皮筋，测得速度为 v 第二次用 2 根橡皮筋，测得速度为 v2 第三次用 3 根橡皮筋，测得速度为 v3 多次 数据处理：数据处理： 功功速度的二次方速度的二次方 W WV V2 2 2W2W2v2v2 2 3W3W3v3v2 2 例题和习题例题和习题 1. 2019 年高考江苏省物理卷第 10 题.（8 分）1. 2019 年

2、高考江苏省物理卷第 10 题.（8 分） 某兴趣小组用如图 10-1 所示的装置验证动能定理验证动能定理 （1）有两种工作频率均为 50Hz 的打点计时器供实验选用： A.电磁打点计时器 B.电火花打点计时器 为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择_(选填“A”或“B”) (2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影 响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为，此时摩擦力的影响已经得到消除。同学 乙认为还应从盘中取出适量沙子， 直至轻推小车观察到小车做匀速运动。 看法正确的同学是_(选填 “甲” 或“乙”)。 （3）消除摩擦力的

3、影响后，在砝码盘中加入砝码，接通打点计时器电源，松开小车，小车运动，纸带被打 出一系列点，其中一段如题 10-2 图所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上 A 点的速度=_m/s. A v （4）测出小车的质量为 M，再测出纸带上起点到 A 点的距离为 L。小车动能的变化量可用算 出。砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g.实验中，小车的质量应(选填“远大于” 、“远小于”或 “接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力的功可用算出。多次测量，若 W 与mgLW k E 均基本相等则验证了动能定理。 【答案】 （1）B（2）乙（3）0.31（0.300.33 都算对） （4）远大于 【解析

4、】 （2）为什么平衡摩擦力后轻推小车观察到小车做匀速运动呢？因为此情况小车受到的重力的下滑 力分力与滑动摩擦力平衡，而甲同学的情况是下滑力克服最大静摩擦力。本实验是滑动摩擦力，所以乙同 学正确。 （3） 用刻度尺测出 A 两边的两点间的距离为， 则速度。cmx20 . 1 这是江苏省物理卷要求用刻度尺直接测量试卷上的实际长度了，所以老师一再要求学生高考时带齐文具包 括刻度尺、三角板、量角器、圆规等，就有学生不以为然，果然吃亏。不听老人言吃亏在眼前嘛! （4）为什么小车的质量应远大于砝码、砝码盘和沙子的总质量呢？其原因和牛顿第二定律实验是一样的， 为了使砝码、砝码盘和沙子的总重力与小车受到的拉力

5、接近。 2. 2. 如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是（ ） A为减小实验误差，长木板应水平放置 B通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 C小车在橡皮筋拉力作用下做匀加速直线运动，当橡皮筋恢复原长后小车做匀速运动 D应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度 【答案】BD 3探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系3探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所师，实验主要过程如下： （1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、； （2）分析打点计时器打出的纸带，求 出

6、小车的速度、； 1 v 2 v 3 v （3）作出草图；Wv （4） 分析图像。 如果图像是一条直线， 表明； 如果不是直线， 可考虑是否存在、WvWvvW 2 v 、等关系。W 3 vWv 以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是_。 A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在 每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用 1 条橡皮筋进行是实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用 2 条、3 条、橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次、实验时，橡皮筋对小车做的功分别是 2W、 3W、。 B小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。 C

7、某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因， 可能是没有使木板倾斜或倾角太小。 D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。 【答案】D 【解析】本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速 度，而不整个过程的平均速度，所以 D 选项是错误的。 4. 利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”4. 利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理” 某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理” 。如图 12，他们将拉力传感器固定在小车上，用 不可伸长的细线将其

8、通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平面上相 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）试验主要步骤如下： 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； 正确连接所需电路； 将小车停在 C 点， ，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； 在小车中增加砝码，或 ，重复的操作 （2）表 1 是他们测得的一组数据，期中M是M1与小车中砝码质量之和，是两个速度传感器记录速 2 1 2 2 vv 度的平方差，可以据此计算出

9、动能变化量E，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E3= ，W3= （结果保留三位有效数字） （3）根据表 1，请在图 13 中的方格纸上作出E-W图线 图图 13 【答案】 （1）小车；由静止开始释放小车；改变小车质量. （2）0.600J，0.610J. （3）E-W图线如图所示 5. 5. 某实验小组采用如图所示的装置探究“动能定理”探究“动能定理” ，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置 时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为 50 Hz （1） （实验的部分步骤如下： 在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩

10、码； 将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列 点， ； 改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作 （2） 图 1 是钩码质量为 0.03 kg， 砝码质量为 0.02 kg 时得到的一条纸带， 在纸带上选择起始点O及A、B、C、D 和E五个计数点， 可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v， 请将C点的测量结果填在表 1 中的相应位置 表 1 纸带的测量结果 测量点S/cmr/(ms 1) 00.000.35 A1.510.40 B3.200.45 C_ D7.150.54 E9.410.60 （3）在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小

11、车组成的系统， _做正功， 做负功 （4）实验小组根据实验数据绘出了图 2 中的图线（其中 v2v2v02） ，根据图线可获得的结论 是 要验证“动能定理” ，还需要测量的物理量是摩擦力 和 0246810 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 s/cm v2/(m2s2) 【答案】 （1）接通电源、释放小车 断开开关 （2）506 049 （3）钩砝的重力 小车受摩擦阻力 （4）小车初末速度的平方差与位移成正比 小车的质量 【解析】 （1）接通电源、释放小车 断开开关 (2) 从尺上读数,C:6.06cm, 减去 O 点读数 1.00 cm ,得 C 点的 S 值 5.

12、06cm C 点速度 钩砝的重力做正功, 小车受摩擦阻力做负功 小车初末速度的平方差与位移成正比,即 要验证“动能定理” ，即还需要测量的物理量是摩擦力 f 和小车的质量 M. 66某同学探究恒力做功和物体动能变化间的关系探究恒力做功和物体动能变化间的关系，方案如图所示.他想用钩码的重力表示小车受到的合 外力，为减小这种做法带来的误差，实验中要采取的两项措施是： a b 如图所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。 距离如图。则打B点时的速度为 B v ； 要验证合外力的功与动能变化间的关系，测得位移和速 度后，还要测出的物理量有 【答案

13、】【答案】 a 平衡摩擦力 b 钩码的重力远小于小车的总重力 （或者：钩码的质量远远小于小车的质量；答 m 钩M 车 同样给分） 钩码的质量 m,小车的质量 M。 7. 7. 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。“探究动能定理”的实验。 AB CDEF x1x2x3x4x5 （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

14、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x1、x2、 x3，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= 。 （4）以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做出如图 3 所示的v2W

15、图像。由此图像可得v2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v2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v2W关系的是_。 【答案】(1)B (2) A B (3)mgk2 T xx 2 13 (4) （） 小车质量的倒数的 2 倍，单位 kg 1 (5)D 【解析】 （4） 图象的截距为， 斜率为， 所以v2随W变化的表达式为。01. 0 根据动能定理，得，所以图象的斜率是；从单位分析，斜率 k 的单位是 2 2 1

16、mvW W m v 2 2 Wv 2 m 2 ，与图线斜率有关的物理量应是小车质量的倒数。 （5）若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则根据 和，m 表示重物质量，M 表示小车质量，则，MaF mM Mmg F 当重物质量满足远小于小车质量的条件时，动能定理为，即，即， 2 2 1 MvW M mgx v 2 2 当重物质量不满足远小于小车质量的条件时，动能定理为，即，将， 2 2 1 MvW 2 2 1 MvFx mM Mmg F 得，即，显然，变小了，图象为 D。 2 v 8.8.利用如题图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系.探究恒力做功与物体动能变化的关系.小车的质量为M=

17、200.0 g，钩码的质量 为m=10.0 g，打点计时器的电源为 50 Hz 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题 10-2 图所示.选择某一点为O，一次每隔 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，记录在纸带上.计算打出各计数点时小车的速度v，其中x 打出计数点“1”时小车的速度v1=_m/s. （3）将钩码的重力视位小车受到的拉力，取g=9.80 m/s，利用W=mg算出拉力对小车做的功W.利用x 算出小车动能，并求出动能的变化量.计算结果见下表. 2 k 1 2 EMv k E 3 / 10 JW 2.452.923.353.814.26 2.312.733.123.614.00 请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出图象. k EW （4）实验结果表明，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 k E 和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=_. 【答案】 （1）小车做匀速运动 （2）0.228 （3） （4）0.093 【解析】 （2） （3）作图象时注意：0 点不为零，而是 2.0，见下图。 （4），解得，代入数据得 mM mg a mM Mmg F