1、课时作业24实验：探究动能定理时间：45分钟1为了探究力对初速度为零的物体做功与物体获得速度的关系，某实验小组采用如图甲所示的装置进行实验(1)实验小组按正确的操作步骤，将木板一端倾斜来平衡摩擦力，打出如图乙中所示的三条纸带，其中符合实验要求的是B.(2)下列关于橡皮筋及其做功的说法正确的是AB.A橡皮筋做功的值不需要测量B增加规格相同的橡皮筋条数，使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加C在小车运动的过程中，橡皮筋一直对其做功D将橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍，橡皮筋做的功增加了两倍解析：(1)当正确平衡摩擦力后，小车应拖着纸带在木板上做匀速运动，纸带上的点迹应该均匀分布，故选B；(2)本实验设法让橡
2、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，则橡皮筋做功的值不需要测量，增加规格相同的橡皮筋条数，可使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，故选A、B.2.某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系(1)小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿光滑水平桌面滑行，之后做平抛运动落至水平地面上，落地点记为M1；(2)在钉子上分别套上2条、3条、4条同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤(1
3、)，小物块落地点分别记为M2、M3、M4.(3)测量相关数据，进行数据处理为求出小物块从桌面抛出时的动能，需要测量下列物理量中的ADE(填正确答案标号，g已知)A小物块的质量mB橡皮筋的原长xC橡皮筋的伸长量xD桌面到地面的高度hE小物块抛出点到落地点的水平距离L将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W1、W2、W3，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3，若功与速度的平方成正比，则应以W为纵轴、L2(填“L”或“L2”)为横轴作图，才能得到一条直线如果小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差(填“偶然误差”或“系统误差”)解析：(3)小物块离开桌面后做平
4、抛运动，根据桌面到地面的高度hgt2，可计算出平抛运动的时间，再根据小物块抛出点到落地点的水平距离Lv0t，可计算出小物块离开桌面时的速度，根据动能的表达式Ekmv，还需要知道小物块的质量，故A、D、E正确，B、C错误；根据hgt2和Lv0t，可得vL2，因为功与速度的平方成正比，所以功与L2成正比，故应以W为纵轴、L2为横轴作图，才能得到一条直线；一般来说，从多次测量揭示出的实验误差称为偶然误差，不能从多次测量揭示出的实验误差称为系统误差由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差3某探究学习小组的同学欲验证动能定理，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了
5、打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、细砂当小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小砂桶时，释放小砂桶，小车处于静止状态(1)本实验还需要的实验器材有刻度尺、天平(2)实验时为了保证小车受到的合力与砂桶的总重力大小近似相等，砂和砂桶的总质量应满足的实验条件是砂和砂桶的总质量远小于小车的质量，实验时首先要进行的步骤是平衡摩擦力(3)在(2)的基础上，某同学用天平称得小车的质量为M.往砂桶中装入适量的细砂，用天平称出此时砂和砂桶的总质量为m.让砂桶带动小车加速运动用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L和打下这两点时小车的速度大小v1与v2(v1v2)则本实
6、验最终要验证的数学表达式为mgLM(vv)(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)解析：(1)实验要验证动能增加量和总功是否相等，故需要测量小车、砂和砂桶的质量，所以需要天平，纸带处理需要测量计数点间的距离，所以还需要刻度尺；(2)砂和砂桶加速下滑，处于失重状态，其对细线的拉力小于重力，设拉力大小为T，根据牛顿第二定律，对砂和砂桶有mgTma，对小车有TMa，解得Tmg，故当Mm时，有Tmg，小车运动时受到重力、细线的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力大小等于小车受到的合力，则应该用重力的下滑分量来平衡摩擦力，故可以将长木板的一端垫高；(3)总功为WmgL，动能增加量为EkM(vv)，则需要验证
7、的数学表达式为mgLM(vv)4某实验小组利用如图甲所示的实验装置来探究做功与物体动能变化的关系，当地的重力加速度为g.(1)该小组成员用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d0.435 cm，用天平测得滑块与遮光条的总质量为M，钩码的质量为m.(2)实验前调节气垫导轨使之水平，实验时将滑块从图示位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门的时间t1.0102 s，则滑块经过光电门时的瞬时速度v0.44 m/s(结果保留两位有效数字)(3)在本实验中为了确保细线拉力所做的功与钩码重力所做的功近似相等，则滑块与遮光条的总质量M与钩码的质量m间的关系应满足M(填“”“”或“”)m.(4)
8、本实验中还需要测量的物理量是滑块释放时遮光条到光电门的距离x.解析：(1)由游标卡尺的读数规则可得遮光条的宽度为d4 mm0.057 mm4.35 mm0.435 cm；(2)滑块经过光电门时的瞬时速度为v0.44 m/s；(3)令细线拉力为T，则有TMa及mgTma，T，所以只有满足Mm时，细线拉力才近似等于钩码重力，细线拉力所做的功与钩码重力做的功才近似相等；(4)细线拉力做的功为Wmgx，即需要测量滑块释放时遮光条到光电门的距离x.5如图甲所示，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)实验中，
9、需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是把长木板右端垫高(填“把长木板右端垫高”或“改变小车的质量”)在不挂重物且计时器打点(填“计时器不打点”或“计时器打点”)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(2)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等若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、B、C等各点到O点的距离为x1、x2、x3等，如图乙所示实验中，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Wmgx2，打B点时小车的速
10、度v.(3)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图丙中正确反映v2W关系的是A.解析：本题考查探究动能定理实验的注意事项和数据处理(1)平衡摩擦力和其他阻力的方法是把木板右端垫高，先接通打点计时器，再让小车滑下，当小车匀速运动时，就意味着摩擦力和其他阻力被抵消了(2)由于近似认为小车所受拉力等于重物重力，可知拉力做功为Wmgx2；在匀变速直线运动中，某段时间中间时刻的速度等于该段时间内的平均速度，所以B点的速度等于AC段的平均速度，即v.(3)如果实验中完全消除了摩擦力和其他阻力，若重物质量远小于小车质量的条件，那么重物重力做的功就等于
11、重物和小车动能的增加量，即W(Mm)v2，其中Wmgh，本实验中m、M均为定值，所以v2与W成正比6为了探究动能变化与合外力做功的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：把长木板附有滑轮的一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹子的重锤跨过定滑轮相连，重锤下连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示打出的纸带如图丙所示请回答下列问题：(1)已知O
12、、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为t，O点为打点计时器打下的第一点，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B点时滑块运动的速度vB.(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块下滑的位移x(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W合mgx.(3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系，描点作出v2W图象，可知该图象是一条过原点的直线，根据图象还可求得滑块的质量M.解析：(1)由打出的纸带可知打B点时的速度为vB；(2)由题知撤去重锤后，滑块下滑时受到的合力等于重锤的重力，只要知道滑块下滑的位移x就可得合力所做的功，Wmgx；(3)由动能定理得WMv2，若描点作出v2W图象，则其为一条过坐标原点的倾斜直线，直线斜率k，故可求滑块质量M.
