【創(chuàng)新設(shè)計】(廣東專用)2014屆高考物理一輪復(fù)習(xí)方案實驗5探究動能定理(含解析)

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1、 實驗 ( 五) [ 實驗 5 探究動能定理 ] 1．在“探究恒力做功與物體的動能改變量的關(guān)系”的實驗中備有下列器材： A．電磁打點計時器； B．天平； C．秒表； D．低壓交流電源； E．電池； F．紙帶； G．細線、砝碼、小車、砝碼盤； H．薄木板． (1) 其中多余的器材是 ________________ ，缺少的器材是 ___________________ ． (2) 測量時間的工具是 ________________ ；測量質(zhì)量的工具是 ___________________

2、_． (3) 如圖 S5－1 所示是打點計時器打出的小車 ( 質(zhì)量為 m) 在恒力作用下做勻加速直線運 動的紙帶．測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中，打點計時器的打點周期為 T. 請分析：利用這些 數(shù)據(jù)能否驗證動能定理？若不能， 請說明理由； 若能，請說出做法， 并對這種做法做出評價． 圖 S5－ 1 2．在探究“恒力做功和物體動能變化之間的關(guān)系”的實驗中，某同學(xué)的實驗設(shè)計方案如圖

3、S5－ 2 所示．則： 1 圖 S5－ 2 (1) 該 實 驗 用 鉤 碼 的 重 力 表 示 小 車 受 到 的 合 外 力 ， 在 安 裝 時 首 先 要 ______________________ ， 其 次 鉤 碼 和 小 車 還 需 要 滿 足 的 條 件 是 ________________________________________________________________________ ． (2) 實驗中，除位移、速度外，還需要測出的物理量有

4、________________________________________________________________________. (3) 在上述實驗中，打點計時器使用的交流電頻率為 50 Hz. 某同學(xué)打出的一段紙帶如圖 S5－ 3 所示，則小車勻速運動時的速度大小為 ______m/s.( 計算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字 ) 圖 S5－ 3 3．在追尋科學(xué)家研究足跡的過程中， 某同學(xué)為探究恒力做功和物體動能變化間的關(guān)系，采用了如圖 S5－ 4 甲所示的“探究物體加速度與物體質(zhì)量、受力之間關(guān)系”的實驗裝置．

5、 圖 S5－ 4 (1) 實驗時，該同學(xué)想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合力，為了減小這種做法帶來的實 驗誤差，你認為在實驗中應(yīng)該采取的兩項措施是________和 ________． (2) 如圖 S5－ 5 所示是實驗中得到的一條紙帶，其中 A、B、C、 D、E、F 是連續(xù)的六個計 數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為 T，相鄰計數(shù)點間距離已在圖中標出，測出滑塊的質(zhì)量為 ，鉤碼的總質(zhì)量為 . 從打 B 點到打 E 點的過程中，為達到實驗?zāi)康模撏瑢W(xué)應(yīng)該尋找 M m ________和__

6、______之間的數(shù)值關(guān)系 ( 用題中和圖中的物理量符號表示 ) ． 圖 S5－ 5 4．某實驗小組采用如圖 S5－6 所示的裝置探究動能定理，小車內(nèi)可放置砝碼．實驗中 小車碰到制動裝置時，鉤碼沒有到達地面，打點計時器的工作頻率為 50 Hz. 圖 S5－ 6 (1) 如圖 S5－ 7 所示是實驗中得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點 O及 A、 B、 C、 D、 E五個計數(shù)點， 可獲得各計數(shù)點到 O的距離 s 及對應(yīng)時刻小車的瞬時速度 v，如下表所示． 請將 C點的測量結(jié)果填在表中相應(yīng)位置．

7、 2 圖 S5－ 7 測量點 O A B C D E s/cm 0.00 1.51 3.20 ____ 7.15 9.41 － 1 0.35 0.40 0.45 ____ 0.54 0.60 v/m s (2) 實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了如圖 S5－ 8 所示的圖線 ( 其中 v2＝v2－ v) ，根據(jù)圖線 可獲得的結(jié)論是 ________________________ ．要驗證動能定理， 還需測量的物理量是摩擦力 f 和 ____

8、________ ． 圖 S5－ 8 5．2012豫北六校聯(lián)考某探究小組利用氣墊導(dǎo)軌和光電門計時器等裝置 ( 如圖 S5－ 9 所示 ) 探究動能定理．他們通過改變滑輪下端的小盤中沙子的質(zhì)量來改變滑塊水平方向的拉 力；滑塊上裝有寬為 d 的擋光片．實驗中，用天平稱出小盤和沙子的總質(zhì)量為 ，滑塊 ( 帶 m 擋光片 ) 的質(zhì)量為 M，計時器顯示擋光片經(jīng)過光電門 1 和 2 的時間分別為 t 、 t .

9、 1 2 圖 S5－ 9 (1) 在滿足 ______的條件下，才可以認為小盤和沙子的重力所做的功等于滑塊動能的改 變量． (2) 實驗中還必須測量的物理量是 ______ ，試寫出本次探究的原理表達式 ( 用測量量和已 知量表示 )________________________ ． (3)寫 出 一 個 減 小 本 實 驗 誤 差 的 方 法 ： _________________________________________

10、_ ． 6．為了“探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系”， 查資料得知， 彈簧的彈性勢能 1 E ＝ 2 p kx2 ，其中 k 是彈簧的勁度系數(shù)， x 是彈簧長度的變化量． 某同學(xué)就設(shè)想用壓縮的彈簧推靜止的小球 ( 質(zhì)量為 m) 運動來探究這一問題． 為了研究方便， 把小球 O放在水平桌面上做實驗， 讓小球 O在彈力作用下運動， 即只有 彈簧推力做功． 該同

11、學(xué)設(shè)計實驗如下： 首先進行如圖 S5－ 10 甲所示的實驗：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小 球 O，靜止時測得彈簧的伸長量為 d. 在此步驟中，目的是要確定物理量 ______，用 、 、 表示為 ______． m d g 接著進行如圖乙所示的實驗：將這根彈簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小球 O 3 壓縮，測得壓縮量為 x，釋放彈簧后

12、，小球 O被推出去，從高為 h 的水平桌面上拋出，小球O在空中運動的水平距離為 L. 小球 O的初動能 Ek1 ＝______ ． 小球 O的末動能 Ek2 ＝______ ． 彈簧對小球 O做的功 W＝______( 用 m、 x、d、 g 表示 ) ． 對比 W和 Ek2－ Ek1 就可以得出“外力做功與物體動能變化的關(guān)系”，若在實驗誤差允許范圍內(nèi)，外力所做的功等于物體動能的變化． 甲 乙 圖 S5－ 10

13、 4 實驗 ( 五 ) 1． (1)C 、 E 毫米刻度尺 (2) 電磁打點計時器 天平 (3) 略 [ 解析 ] (1) 計算小車速度是利用打上點的紙帶，故不需要秒表．電磁打點計時器應(yīng)使用 低壓交流電源，故多余的器材是 C、E. 測量點與點之間的距離要用毫米刻度尺，故缺少的器 材是毫米刻度尺． (2) 測量時

14、間的工具是電磁打點計時器，測量質(zhì)量的工具是天平． (3) 能．從 A 到 B 的過程中， 恒力做的功為 AB＝ AB，物體動能的變化量為 kB－ kA＝ 1 2 B W Fs E E 2mv sB 2 sA 2 B－ A B－ A 1 1 1 1 s 2 2 1 s 2 s 2 2 － s 即可， F 為砝碼的重力

15、，可 － 2mv＝ 2m 2T 2m 2T ＝ 2m 4 2 ，只要驗證 Fs ＝ 2m 4 2 A T AB T 讀?。? 優(yōu)點： A、 B 兩點的距離較遠，測量時的相對誤差較?。? 缺點：只進行了一次測量驗證，說服力不強． 2． (1) 平衡小車與木板之

16、間的摩擦力 鉤碼的質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 (2) 鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量 (3)1.40 [ 解析 ] (1) 本實驗在安裝儀器時首先要平衡摩擦力； 由牛頓第二定律可知 mg＝ ( M＋ m) a， mg mg 即 a＝ ，只有當 M? m時， a≈ ，鉤碼的重力近似為小車受到的合外力． M＋ m M (2) 由 (1) 可以看出實驗中還需要測量的物理量為鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量． (3) 由紙帶上對應(yīng)點可以讀出小車勻速運動時 s 28 mm v＝ ＝ ＝ 1.40 m/s. T 0.02 s

17、 3． (1) 保證鉤碼的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量 平衡摩擦力 (2) ( 2＋ 3＋ 4) mg s s s 1 s4＋ s5 2 1 s1＋ s2 2 M 2 T － M 2 2 2 T [ 解析 ] (1) 鉤碼的總質(zhì)量應(yīng)遠小于滑塊質(zhì)量， 且墊高遠離滑輪一端的木板以平衡摩擦力 才能使鉤碼的重力近似等于滑塊所受合力． (2) 實驗的目的是探究恒力做功和物體動能變化之間的關(guān)系， 從 B到 E，恒力做功即 mg( s2 1 s4＋s5 2

18、 1 s1＋ s2 2 ＋ s3＋ s4) ，動能變化 M 2T － 2M 2T ，所以需要尋找它們之間的關(guān)系．2 4． (1)5.08 0.49 (2) v2∝ s( 速度平方的變化與位移成正比 ) 小車的質(zhì)量 [ 解析 ] (1) C點到 O點的距離 s 可由紙帶分析得出為 6.08 cm － 1.00 cm ＝ 5.08 cm. C點 對應(yīng)小車的瞬時速度等于 、 兩點間的平均速度， v C＝ s BD ＝ 0.49 m/s.. B D 4T0

19、 (2) 根據(jù) v2－ s 圖象為過坐標原點的一條直線可得出 v2∝ s 的結(jié)論．驗證動能定理需 求解合外力所做的功及小車和砝碼動能的變化．合外力做功 W ＝mgx－ fs ( 其中 f 為小車受 合 1 2 1 2 1 2 的摩擦力， s 為小車的位移 ) ，小車和砝碼動能的變化 Ek＝2mv－ 2mv0 ＝2m v ，所以還需 測出小車的質(zhì)量． 5

20、 5． (1) ? (2) 兩光電門之間的距離 x m M 1 d 2 1d 2 mgx＝2M t 2 －2M t 1 (3) 適當減小擋光片的寬度；適當增大光電門間的距離 [ 解析 ] (1) 設(shè)繩子拉力為 ，根據(jù)牛頓第二定律，對小盤和沙子，有： － ＝ ；對 F mg F ma 滑塊有： F＝ Ma. 整理得 F＝ M m ) mg.

21、 mg＝ (1 － M＋ m M＋ m 只有當 m? M時，才可認為 F≈mg，即小盤和沙子的重力做的功等于滑塊動能的改變量． (2) 滑塊經(jīng)過兩光電門的速度可表示為 d 和 d mgx，動能變化為 1 t 1 ，重力做的功為 2 t 2 d 2 1 d 2

22、 1 d 2 1 d 2 M t 2 － 2M t 1 ，故表達式為 mgx＝ 2M t 2 － 2M t 1 . (3) 適當減小擋光片寬度， 可使 d d 更接近滑塊經(jīng)過兩個位置的瞬時速度； 適當增 和 t t 1 2 大光電門間距離 x，可減小因測量帶來的相對誤差．

23、 mg 2 2 6．彈簧的勁度系數(shù) k mgL mgx 0 4h 2d d [ 解析 ] 在圖甲所示的實驗中，目的是確定彈簧的勁度系數(shù) k，由平衡條件得： mg＝ kd， 即 k＝ mg

24、 d . 在圖乙所示的實驗中， 小球的初動能 k1＝ 0. 又根據(jù)小球做平拋運動得： ＝ 1 2， ＝ vt ， E h 2gt L 1 1 g 2 2 2 mgL

25、 所以 Ek2＝2mv＝ 2m( L 2h) ＝ 4h . 1 2 2 mgx 彈簧對小球做的功等于彈性勢能的減少，所以 W＝ 2kx ＝ 2d . 6