2018届高考物理训练-实验5 探究动能定理（含解析）

实验五1．(2013·龙岩模拟)在利用橡皮筋“探究功与物体速度变化关系”的实验中，每次选取纸带后，我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度()A．间距均匀的B．间距不均匀的C．间距均匀的与不均匀的都可D．最好是间距均匀的，若纸带上没有间距均匀的，也可用间距不均匀的【解析】橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功，小车做匀速运动，纸带上的点间距是均匀的，故A对，B、C错；若纸带上没有间距均匀的点，说明纸带太短，橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器，在这种情况下应选用更长的纸带，或者是因为没有完全平衡摩擦力，需重新平衡摩擦力，故D错．【答案】A2．如图5－5－6所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，关于橡皮筋做的功，下列说法中正确的是()图5－5－6A．橡皮筋做的功可以直接测量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．橡皮筋在小车运动的全程中始终做功D．把橡皮筋拉伸为原来的两倍，橡皮筋做功也增加为原来的两倍【解析】橡皮筋做的功等于橡皮筋所释放的弹性势能，但无法直接测量，橡皮筋的条数成倍增加，弹性势能也会成倍增加，即做功成倍增加，但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功，故A、C错，B对．橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比，当拉伸为原来的两倍时，橡皮筋的做功变为原来的4倍，故D错．【答案】B3．某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，提出以下几种猜想：①W∝v，②W∝v2，③W∝v，….他们的实验装置如图5－5－7(a)所示，PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)．在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议．图5－5－7(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么？(2)让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4…，读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1、v2、v3、v4…，并绘制了如图5－5－7(b)所示的L­v图象．根据绘制出的L－v图象，若为了更直观地看出L和v的变化关系，他们下一步应该作出()A．L­v2图象B．L­v图象C．L­1v图象D．L­1v图象(3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？【解析】(1)因为W＝ΔEk，而W＝mg(sinθ－μcosθ)L，ΔEk＝12mv2，等式两边都有m，所以探究W与v的关系可以不用测量质量m.(2)由于题图(b)是关于“L­v”的图象，该图象为曲线，不便于直观地看出L和v的变化关系，所以下一步应作出“L­v2”图象，应选A.(3)在实验中，由于物体在斜面上运动时，所受的合力是确定的，即F合＝mg(sinθ－μcosθ)，所以摩擦力的大小不会影响L和v的关系．【答案】(1)见解析(2)A(3)不会4．(2012·珠海模拟)某同学为探究“恒力做功与物体动能改变的关系”，设计了如下实验，他的操作步骤是：①连接好实验装置如图5－5－8所示．图5－5－8②将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．③在质量为10g、30g、50g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上．④释放小车，接通打点计时器的电源，打出一条纸带．(1)在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：①第一个点到第N个点的距离为40.0cm②打下第N个点时小车的速度大小为1.00m/s.该同学将钩码的重力当做小车所受的拉力，拉力对小车做的功为________J，小车动能的增量为________J.(2)此次实验探究结果，他没能得到“恒力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大，显然，在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素．请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助他分析一下，造成较大误差的主要原因有：________________________________________________________________________________________________________________________________________________.(至少写出两条原因)【解析】(1)拉力F＝mg＝0.050×9.8N＝0.49N，拉力对小车做的功W＝F×l＝0.49×0.400J＝0.196J小车动能的增量ΔEk＝12mv2＝12×0.200×1.002J＝0.100J.(2)误差很大的可能原因：①小车质量不满足远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③先放小车后接通电源，使打第一个点时，小车已有了一定的初速度．【答案】(1)0.1960.100(2)①小车质量没有远大于钩码质量；②没有平衡摩擦力；③操作错误：先放小车后接通电源(任选其二)5．在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材：A．打点计时器；B.天平；C.秒表；D.低压交流电源；E.电池；F.纸带；G.细线、砝码、小车、砝码盘；H.薄木板．(1)其中多余的器材是________(填对应字母)，缺少的器材是________．(2)测量时间的工具是______________；测量质量的工具是____________．(填对应字母)(3)图5－5－9是小车(质量为m)在恒力F作用下做匀加速直线运动打点计时器打出的纸带．测量数据已用字母表示在图中，打点计时器的打点周期为T.请分析，利用这些数据能否验证动能定理？若不能，请说明理由；若能，请说出做法，并对这种做法做出评价．图5－5－9【解析】(1)计算小车速度是利用打上点的纸带，故不需要秒表．打点计时器应使用低压交流电源，故多余的器材是C、E.测量点之间的距离要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺．(2)测量时间的工具是A打点计时器，测量质量的工具是B天平(3)能从A到B的过程中，恒力做的功为WAB＝FxAB，物体动能的变化量为EkB－EkA＝12mv2B－12mv2A＝12m(xB2T)2－12m(xA2T)2＝12mx2B－x2A4T2只要验证FxAB＝12mx2B－x2A4T2即可．优点：A、B两点的距离较远，测量时的相对误差较小；缺点：只进行了一次测量验证，说服力不强．【答案】(1)C、E毫米刻度尺(2)AB(3)见解析6．(2013·清远模拟)某同学用如图5－5－10所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系．图(甲)中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够长的木板上，C为弹簧测力计，不计绳与滑轮的摩擦．实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点．图5－5－10(1)该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为O点，顺次选取5个点，分别测量这5个点到O之间的距离，并计算出它们与O点之间的速度平方差Δv2(Δv2＝v2－v20)，填入下表：点迹x/cmΔv2/(m2·s－2)O//11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23请以Δv2为纵坐标，以x为横坐标在图5－5－11的方格纸中作出Δv2－x图象．若测出小车质量为0.2kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为________N.图5－5－11(2)若该同学通过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误差的正常范围．你认为主要原因是_____________________________________，实验操作中改进的措施是__________________________________________.【解析】(1)F＝mΔv22x＝12mk，由Δv2­x图象求k代入即可求合外力F.【答案】(1)如图所示0.25(2)小车滑行时所受摩擦阻力较大使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力