1、探究动能定理1、如图1所示的装置,可用于探究恒力做功与速度变化的关系.水平轨道上安装两个光电门,小车上固定有力传感器和挡光板,细线一端与力传感器连接,另一端跨过定滑轮挂上砝码盘.实验首先保持轨道水平,通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以实现平衡摩擦力,再进行后面的操作,并在实验中获得以下测量数据:小车、力传感器和挡光板的总质量M,平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量,挡光板的宽度d,光电门1和2的中心距离s.1.该实验_(填“需要”或“不需要”)满足远小于M;2.实验中需用游标卡尺测量挡光板的宽度d,游标卡尺读数如图2所示,则_.3.某次实验中,力传感器的读数为F,小车通过光电门1和2的挡
2、光时间分别为(小车通过光电门2后,砝码盘才落地),已知重力加速度为g,则该实验要验证的表达式是_.2、“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图甲。当小车在1条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W;当用2条、3条完全相同的橡皮筋进行第2次、第3次实验时,由于每次实验中橡皮筋的拉伸长度相同,因此第2次、第3次实验中橡皮筋对小车做的功分别记为每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带求出。1.关于该实验,下列说法正确的是( )A.打点计时器可以用干电池供电B.必须平衡摩擦力C.每次实验,小车必须从同一位置由静止弹出D.可以选用规格不相同的橡皮筋2.图乙为某次实验打出的纸带,从中截
3、取了测量小车最大速度所用的一段纸带,测得相邻两点间的距离分别为、,已知相邻两点打点时间间隔为0.02s,则小车获得的最大速度_m/s。3、用如图甲所示的装置，探究功与物体速度变化的关系。实验时，先适当垫高木板，然后由静止释放小车，小车在橡皮条弹力的作用下被弹出，沿木板滑行，小车滑行过程中通过打点计时器的纸带，记录其运动规律，打点计时器工作频率为50Hz。请回答下列问题：（1）实验前适当垫高木板目的是_。（2）在做“探究功与速度关系”的实验时，下列说法正确的是_。A通过控制橡皮筋的伸长量不变，改变橡皮筋条数来分析拉力做的功B通过改变橡皮筋的长度来改变拉力做的功C实验过程中木板适当垫高就行，没有必
4、要反复调整D通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度即可（3）实验中，某同学打出一段纸带如图乙所示，相邻两计时点距离依次为：AB=3.50cm、BC=3.80cm、CD=DE=EF=FG=GH=4.00cm，则匀速运动的速度v=_m/s。（保留3位有效数字）（4）根据多次测量的数据，要想得到橡皮筋对小车做功W与小车匀速运动速度v的二次方成正比的关系，应该做出图线为_。A、 B、 C、 D、4、如图甲所示是探究“恒力做功与物体动能改变的关系”实验装置，主要实验步骤如下：用天平测出滑块（含滑轮）质量M=240g，并安装好实验装置；适当垫高长木板不带滑轮的一端，滑块不挂轻绳，挂上纸
5、带，轻推滑块使滑块沿长木板匀速运动；轻绳通过轨道末端的滑轮和滑块上的滑轮，一端挂在力传感器上，另一端挂质量为m=100g的钩码，两轻绳与木板平行；接通打点计时器电源，释放滑块，打出一条点迹清晰的纸带，如图乙所示，相邻计数点间时间间隔为0.1s，并记录力传感器示数F=0.39N。回答下列问题：（1）滑块从B运动到D的过程中，合力对滑块所做的功W=_J，滑块动能的增量Ek=_J；（计算结果均保留2位有效数字）（2）多次实验发现合力对滑块所做的功W总略大于滑块动能的增量Ek，可能的原因是_（填选项前面字母）。A没有满足滑块质量远大于钩码质量 B 平衡摩擦力过度 C滑轮摩擦影响（3）利用该实验装置还可
6、以完成的物理实验有：_（写出一种即可）。5、某同学设计如图所示的装置来探究动能定理,在带有定滑轮的长木板上B位置固定一个光电门,用重物通过细线拉小车使其自A位置由静止开始运动,实验中,小车(含遮光条)的质量和重物质量均保持不变,通过成倍增加间距离s的方法进行多次实验验证,该同学用游标卡尺测出遮光条的宽度d,光电门连接的计时器可以显示出遮光条通过光电门的时间t,用米尺可测出间的距离s。1.该同学用游标卡尺测出遮光条的宽度,则该同学用的是_的游标卡尺(填“10分度”“20分度”或“50分度”)。2.下列实验操作中必要的一项是_(填选项前的字母)。A.调整长木板的倾角,在未挂重物时使小车能在长木板上
7、匀速运动B.满足重物的质量远小于小车的质量C.保证小车由静止状态释放3.本实验的主要误差来源有(写两条):_、_。6、如图甲所示是某研究性学习小组设计的“探究动能定理”的实验装置.他们将光电门固定在直轨道上的O点,将拉力传感器固定在质量为M的小车上,用不可伸长的细线通过一个定滑轮将小车与钩码相连,钩码的质量为m,用拉力传感器记录小车所受拉力F的大小,通过光电门记录遮光条通过光电门时的遮光时间t,结合遮光条的宽度d计算出小车通过光电门时的速度.1.用游标卡尺测量遮光条的宽度如图乙所示,则d=_cm.2.用不同的钩码通过细线拉同一小车,每次小车都从同一位置(与O点之间的距离为的G点)由静止释放.用
8、该实验方案_(填“需要”或“不需要”)满足M远大于m;_(填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力;只要已知量和测得量满足关系式_,即可得出做功与速度变化的关系.7、某实验兴趣小组为了验证动能定理，设计了如下实验：将一长直木板平放在水平面上，滑块放置于一长直木板上表面，如图1，弹簧测力计右端固定在竖直墙壁上，调节弹簧测力计使其水平，左端挂钩通过细线和滑轮组连接滑块和钩码，用力F向左拉动长木板同时调节钩码使滑块和钩码均处于静止状态，读出此时弹簧测力计的示数； 取下弹簧测力计，竖直悬挂滑块测量滑块重力为;在滑块上方安装遮光条，测量出遮光条的宽度为d,将步骤中的长木板倾斜放置（如图2)，在板上两个不同位置
9、安装光电门甲和光电门乙，测量出两光电门之间的距离L和高度差h;让滑块从光电门甲上方某位置自由下滑，记录遮光条通过光电门甲、乙时的时间分别为和;计算有关物理量，验证动能定理；改变滑块释放的位置，多次重复步骤。1.根据上面的操作，可以得出小滑块与长木板间的动摩擦因数_;2.滑块经过光电门甲时的速度表达式为=_ (用实验中测量的物理量字母表示）；3.以滑块（包含遮光条）为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式_ (用实验中的测量物理量字母表示，重力加速度为g)，则可认为验证了动能定理。8、物理小组在一次探究活动中“探究恒力做功与动能变化量的关系”时，设计实验装置如图。实验器材：打点计时器、纸
10、带、小车、沙桶、刻度尺、一端带有定滑轮的长木板、学生电源、细沙、细线、天平等。实验步骤：(1)将打点计时器固定在长木板上，把纸带的一端穿过打点计时器的限位孔。(2)将细线一端与小车相连跨过定滑轮，让细线自由下垂。(3)将长木板左端适当垫高，平衡小车摩擦力。(4)在细线右端挂上沙桶，并在沙桶中放入适当细沙。由静止释放小车。(5)从复几次，选择合适的纸带，记录数据。数据记录：该同学某次实验时称得小车的质量、沙桶及沙的质量同时选取了一条比较理想的纸带如图，O点为打点计时器打下的第一个点，每5个点选一个计数点分别为A、B、C、D、E、F、G，利用刻度尺测量了各计数点到O点的长度，并填入下表。计数点AB
11、CDEFG距离s/cm1.132.013.134.496.148.0210.12速度v/（m/s）0.1000.1240.1750.199(1)在实验步骤3中，如何判断小车所受摩擦力是否平衡：_。(2)在实验步骤4中，为了让细线拉力近视为小车所受合外力，则小车的质量M与沙桶及沙的质量m关系必须满足:m _ M（填“远大于”、“远小于”）。(3)请计算出计数点D的速度 _（保留三位小数），完善表格；(4)为了能够更加合理地探究恒力做功与动能变化量的关系，请利用表格数据在如图中以小车运动距离s为横轴，选择_为纵轴并描出一条通过原点的直线。(5)如果该直线的斜率等于：_（保留两位小数）则就说明小车所
12、受合外力做功等于小车动能变化量。 答案以及解析1答案及解析：答案：1.不需要2.5.503.1.该实验中由于已经用传感器测出细线拉力大小,故不需要满足远小于M.2.游标卡尺的主尺读数为5mm,游标读数等于,所以最终读数为.3.由于挡光板的宽度d很小,所以我们用很短时间内的平均速度代替瞬时速度.小车通过光电门1时的速度为小车通过光电门2时的速度为根据功能关系知需要验证的关系式为.解析： 2答案及解析：答案：1.BC2.0.82解析：1.电磁打点计时器用的是低压交流电源,A错误;实验探究的是橡皮筋对小车做的功与小车速度变化的关系,摩擦力的存在会影响实验结果的准确性,故该实验必须平衡摩擦力,B正确;
13、为了探究功与速度变化的关系,需使每次橡皮筋对小车所做的功成倍数增加,因此小车必须从同一位置由静止释放,实验时所用的橡皮筋的规格必须相同,C正确,D错误。2.由纸带可知小车在段的速度最大,由运动学规律可知小车获得的最大速度为段的平均速度,即。 3答案及解析：答案：（1）平衡摩擦力（2）A（3）2.00 (4）D解析：（1）该实验中要使橡皮筋对小车所做功为合外力的功，应当进行平衡摩擦力的操作，所以要求斜面倾斜，释放小车后小车能够匀速下滑，故调整时应将木板左端适当垫高以平衡摩擦力（2）A、橡皮筋拉小车时的作用力是变力，我们不能求变力做功问题，但选用相同的橡皮筋，且伸长量都一样时，橡皮条数的关系就是做
14、功多少的关系，因此用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度，这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系，故A正确，B错误；B、实验过程中应反复调整使得小车沿木板向下的重力与摩擦力平衡，故C错误；D、橡皮条做功完毕，速度最大，通过研究纸带，得到小车的最大速度，不能用加速过程中的平均速度计算，故D错误。故选：A。（3）CD=DE=EF=FG=GH=4.00cm，说明物体在CH段做匀速运动，故有：；（4）根据图象结合数学知识可知，该图象形式为y=xn（n=2，3，4）形式，故ABC错误，D正确 4答案及解析：答案：0.14 0.13 C 研究匀变速直线运动规律解析：解：（1）合力对滑块做功为：W=2FBD=20.
15、39（0.0751+0.1049）J=0.14J，根据匀变速直线运动的规律：B点的速度：=，D点速度：=，滑块动能增加量=0.1296J0.13J；（2）A、绳子拉力直接由传感器示数读出即可，不需要满足滑块质量远大于钩码质量这个条件，故A错误；B、如果平衡摩擦力过度，会出现合力对滑块所做的功W小于或者等于滑块动能的增量Ek，故B错误；C、从功能关系看出：该实验一定有机械能转化为内能的，即试验中有存在摩擦力没有被平衡掉，故C正确；故选：C。（3）利用该实验装置还可以完成的物理实验有：研究匀变速直线运动规律； 5答案及解析：答案：1.50分度2.C3.用遮光条通过光电门的平均速度代替小车经过B点的
16、瞬时速度用米尺测量间距离有读数误差解析：1.根据遮光条的宽度知,该同学用的是50分度的游标卡尺。2.本实验是要验证,即,小车所受合外力一定,通过成倍增加间的距离和得出小车经过B点的速度即可验证,则实验中不需要平衡摩擦力,也不需要满足重物的质量远小于小车的质量,但必须保证小车由静止释放,选项A、B错误,C正确。3.动能的变化量是末动能减去初动能,即需要知道末速度,而该实验采用的是用遮光条通过光电门的平均速度代替小车经过B点的瞬时速度,这样就给实验带来了误差,另外用米尺测量间距离有读数误差。 6答案及解析：答案：1.0.5752.不需要需要解析：1.游标卡尺的主尺读数为5mm,游标尺上第15个刻度
17、和主尺上某一刻度对齐,游标尺读数为,所以最终读数为主尺读数+游标尺读=5mm+0.75mm=5.75mm=0.575mm.2.因为实验中要将细线的拉力作为小车所受的合外力,所以需要平衡摩擦力;因为拉力传感器可以直接测出细线的拉力,故不用将钩码的重力大小视为细线的拉力大小,故不需要满足M远大于m;要探究动能定理,需要满足关系式. 7答案及解析：答案：1.2.3.解析：1.拉动木板时，滑块处于静止状态，滑块所受的滑动摩擦力与轻绳拉力的合力大小相等，由平衡条件有，滑块竖直悬挂时，根据平衡条件有，滑块与长木板间的动摩擦因数2.遮光片通过光电门的时间极短，可用平均速度表示瞬时速度，得3.滑块下滑经过光电
18、门甲、乙过程，动能定理应满足的关系式为，代入测量量化简得,故只要判断出是否成立，即可验证动能定理。 8答案及解析：答案： (1)轻推小车，让小车拖着纸带在木板上运动，如果纸带上点迹均匀，即可说明小车做匀速运动，小车所受摩擦力得到了平衡； (2)远小于； (3)0.151m/s (4)v2 (5)0.50解析： （1）轻推小车，让小车拖着纸带在木板上运动，如果纸带上点迹均匀，即可说明小车做匀速运动，小车所受摩擦力得到了平衡；（2）在实验步骤4中，对小车和沙桶组成的系统，根据牛顿第二定律可知：mg=（m+M）a；对小车：，为了保证小车受到的合力与沙和沙桶的总重力大小近似相等，故mM。（3）计数点D的速度.（4）若以小车运动距离s为横轴，选择小车速度的平方v2为纵轴并描出一条通过原点的直线。如图；若小车所受合外力做功等于小车动能变化量，则，即，即v2-s的斜率。而直线的斜率为，则可说明小车所受合外力做功等于小车动能变化量。
