1、实验四:探究动能定理1. (2016河南平顶山二模)某研究小组设计了一个实验,来探究自行车的初速度与其克服阻力做功的关系.实验的主要步骤是:找一段平直的路面,并在路面上画一道起点线.骑上自行车用较快速度驶过起点线时,从车把手处自由释放一团很容易辨别的橡皮泥.车驶过起点线后就不再蹬自行车脚蹬,让车依靠惯性直线继续前进.待车停下,记录自行车停下时的位置;用卷尺量出起点线到橡皮泥落地点间的距离s、起点线到终点的距离L及车把手处离地高度h.若设自行车在行驶中所受的阻力为f并保持恒定.(1) 自行车经过起点线时的速度v=.(用已知物理量和所测量得到的物理量表示)(2) 自行车经过起点线后克服阻力做功W=
2、.(用已知物理量和所测量得到的物理量表示)(3) 多次改变自行车经过起点的初速度,重复上述实验步骤,则每次只需测量上述物理量中的和,就能通过数据分析达到实验目的.2. (改编)某同学学了动能定理后提出:弹簧弹力对物体做的功W与物体在该弹簧弹力做功过程中通过的位移d之间会存在什么关系呢?为得到结论他设置了如图甲所示的实验:将一块长木块放在桌面并调制水平,橡皮筋一端固定在墙上,另一端被静止的小车拉长d,小车释放后沿长木板运动,并带动穿过打点计时器的纸带,如图甲.打点计时器电源的频率为50 Hz,小车的质量为0.2 kg,实验进行了三次,各次小车由静止开始运动的位置不同(即橡皮筋的伸长量不同),分别
3、打出纸带,选择了三种类型的纸带,如图乙所示.甲乙(1) 根据纸带数据完成下列表格,其中vmax为小车的最大速度.实验序号123dn(cm)51020vmax(m/s)(2) 橡皮筋弹力做的功W与橡皮筋的伸长量d之间的函数关系是.3. (2016湖南长德模拟)某学习小组用图甲所示的实验装置探究“动能定理”.他们在气垫导轨上安装了一个光电门B,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放.甲乙(1) 某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d=mm.(2) 下列实验要求中不必要的一项是(请填写选项前对应的字母).A.
4、 应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B. 应使A位置与光电门间的距离适当大些C. 应将气垫导轨调至水平D. 应使细线与气垫导轨平行(3) 实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变,改变钩码质量m,测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t,通过描点作出线性图象,研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系,处理数据时应作出的图象是(请填写选项前对应的字母). A. 作出“t-F图象”B. 作出“t2-F图象”C. 作出“t2-图象”D. 作出“-F2图象”4. (2016河南焦作一模)某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理,图中光电门能记录挡光条通过该光电门所用的时间,请按照
5、要求回答下面的问题.(1) 将气垫导轨接通气泵,通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平,则检查是否调平的方法是.在本实验中是否要满足砝码盘和砝码两者的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器三者的总质量M(填“是”或“否”).(2) 在某次实验中,该学习小组记录了挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为t1和t2,并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力的大小F,并用天平测出滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M.已知实验过程中,滑块与定滑轮间的细绳一直处于水平状态,该小组的操作规范,则为了验证动能定理,还需要测定的物理量有(写出对应物理量的名称及其物理量符号),要验证的方程是(请用题中和所测定的物理量的符号
6、表示).5. (原创)某同学学了动能定理后提出:弹簧弹力对物体做的功W与物体在该弹簧弹力做功过程中通过的位移x之间会存在什么关系呢?为得到结论他设置了如图所示的实验:在气垫导轨的一端固定有一轻质弹簧,实验时接通汽源,将带有挡光片的滑块压缩弹簧后静止释放滑块(弹簧恢复到原长时滑块还没到达光电门处),滑块通过光电门的时间t由数字计时器记录下来,实验步骤如下: 安装好实验器材,接通连接导轨的气泵,调节气垫导轨,使其处于水平位置.用天平测出滑块和遮光片的总质量. 用游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度. 通过滑块压缩弹簧,并从导轨上的刻度尺测出其压缩量x,然后释放滑块. 记录挡光片通过光电门的时间t,并计算
7、出滑块通过光电门时的动能Ek. 多次重复步骤和.实验中的实验数据下表所示:弹簧压缩量x /cm1.002.003.004.005.00每次实验时滑块的动能Ek/J0.0100.0410.0910.1600.250完成下列问题:(1) 步骤中如何确定气垫导轨已经调至水平位置:.(2) 根据表中的数据做出你的猜想,并通过相关的方法证明你的猜想.6. (2016安徽江南十校联考)某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验,实验步骤如下:A. 挂上钩码,调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动.B. 打开速度传感器,取下轻绳和钩码,保持A中调节好的长木板倾角不变,让小车从长木
8、板顶端静止下滑,分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2. C. 重新挂上细绳和钩码,改变钩码的个数,重复A到B的步骤.回答下列问题:(1) 按上述方案做实验,长木板表面粗糙对实验结果是否有影响?(填“是”或“否”).(2) 若要验证动能定理的表达式,还需测量的物理量有.A. 悬挂钩码的总质量mB. 长木板的倾角C. 两传感器间的距离lD. 小车的质量M(3) 根据实验所测的物理量,动能定理的表达式为.(重力加速度为g)7. (2016四川广元统考)某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系,选取的实验装置如图所示.实验主要步骤如下:(1) 实验时,在未连接橡皮筋
9、时将木板的左端用小木块垫起,不断调整使木板倾斜合适的角度,轻推小车,使小车匀速下滑,这样做的目的是.(2) 使小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出沿木板滑行,橡皮筋对小车做功为W;再用完全相同的2条、3条、橡皮筋同时作用于小车,每次均由静止在(填“相同”或“不同”)位置释放小车,使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、(3) 分析打点计时器打出的纸带,分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、,作出W-v图象,则下列符合实际的图象是(填字母序号).实验四:探究动能定理1. (1) s(2) fl(3) sl【解析】 (1) 由h=gt2,s=vt,解得v=s.(2) 自行车经过起点线后
10、克服阻力做功W=fl.(3) 多次改变自行车经过起点的初速度,重复上述实验步骤,则每次只需测量上述物理量中的s和l,就能通过数据分析达到实验目的.2. (1) 2.004.008.00(2) Wd2【解析】 (1) 从三条纸带可看出,小车开始做变加速直线运动,然后做匀速直线运动(当橡皮筋恢复原长时),当d1=20 cm时,小车在T=0.02 s内的位移是s1=0.16 m,因此小车获得的最大速度为v1max=8.00 m/s.当d2=10 cm时,小车在T=0.02 s内的位移是s2=0.08 m,因此小车获得的最大速度为v2max=4.00 m/s;当d3=5 cm 时,小车在T=0.02
11、s内的位移是s3=0.04 m,因此小车获得的最大速度为v3max=2.00 m/s.(2) 从能量的转化来说,小车最终获得的动能是由橡皮筋弹力做的功W转化来的,为此我们可以做出下表的猜测:Wd、Wd2.实验序号123dn(m)0.050.100.20(m2)0.002 50.010 00.040 0橡皮筋弹力做的功W/J0.41.66.4由上表可数据分析可知Wd2.3. (1) 2.30(2) A(3) C【解析】 (1) 由读数规则可知读数为2.0 mm+0.056 mm=2.30 mm.(2) 因为拉力传感器直接测出拉力,故不需要使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量,A错误;应使A位置
12、与光电门间的距离适当大些以便减小误差,故B正确;应将气垫导轨调至水平,使摩擦力为零,故C正确;应使细线与气垫导轨平行,保证合外力为细绳拉力,故D正确.所以不必要的一项是A.(3) 由实验原理FL=mv2=m=m,可知应作出“t2-图象”,故C正确.4. (1) 在不悬挂砝码盘及砝码的情况下,将滑块轻置于气垫导轨之上,看其是否滑动;或将滑块轻置于气垫导轨之上,轻推滑块看是否匀速运动及挡光条通过两光电门的时间相等否(2) 挡光条的宽度d,两光电门之间的距离sFs=M-M【解析】 (1) 将气垫导轨接通气泵,通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平,则检查是否调平的方法是在不悬挂砝码盘及砝码的情况下,将滑块
13、轻置于气垫导轨之上,看其是否滑动;或将滑块轻置于气垫导轨之上,轻推滑块看是否匀速运动及挡光条通过两光电门的时间相等;由于拉力传感器直接测出细绳的拉力,故不需要满足砝码盘和砝码两者的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器三者的总质量M.(2) 为了验证动能定理Fs=M-M,所以还需要测挡光条的宽度d和两光电门之间的距离s.5. (1) 见解析(2) 见解析【解析】 (1) 如果将气垫导轨调至某一位置后,轻推滑块,如果滑块刚好能够匀速运动,说明气垫导轨已水平.(2) 由表中的数据分析可看出滑块的动能Ek与弹簧压缩量x的二次方成正比.为证明该猜想作出的Ek-x图象如下图所示.6. (1) 否(2) A
14、CD(3) mgl=M(-)【解析】 小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态,撤去钩码后小车的合外力等于钩码的重力,所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响.需要测量的物理量有A、C、D.7. (1) 平衡摩擦力(2) 相同(3) D【解析】 (1) 实验时,在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起,不断调整使木板倾斜合适的角度,轻推小车,使小车匀速下滑,这样做的目的是为了平衡摩擦力.(2) 使小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出沿木板滑行,橡皮筋对小车做功为W;再用完全相同的2条、3条、橡皮筋同时作用于小车,每次均由静止在相同位置释放小车,使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、.(3) 分析打点计时器打出的纸带,分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、,由W=mv2,可知符合实际的图象是D. 高考资源网 高考资源网