1、实验专项抢分练(五)探究动能定理(建议用时40分钟)1.某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了实验,他的操作步骤如下:按图甲连接实验装置,其中小车质量M=0.20 kg,钩码总质量m=0.05 kg。释放小车,然后接通打点计时器的电源(电源频率为f=50 Hz),打出一条纸带。他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条,如图乙所示。把打下的第一个点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测得各计数点到点0的距离分别为d1=0.041 m,d2=0.055 m,d3=0.167 m,d4=0.256 m,d5=0.360 m,d6=0.480
2、m(1)他把钩码总重力(当地重力加速度g取10 m/s2)作为小车所受合力,算出打下点0到打下点5过程合力做功W=J(结果保留三位有效数字),用正确的公式Ek=(用相关数据前字母列式)把打下点5时小车的动能作为小车动能的改变量,算得Ek=0.125 J。(2)此次实验探究的结果,他没能得到合力对物体做的功等于物体动能的增量这一结论,且误差很大。通过反思,他认为产生很大误差的原因有以下几条,其中正确的是(填选项前的字母)。A.钩码质量太大,使得合力对小车做功的测量值比真实值偏大太多B.没有平衡摩擦力,使得合力对小车做功的测量值比真实值偏大太多C.释放小车和接通电源的次序有误,使得动能增量的测量值
3、比真实值偏小D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因【解析】(1)若用钩码的重力作为小车受的合力,则F合=mg=0.5 N,从打下点0到打下点5,小车的水平位移x=d5=0.360 m,所以W=F合x=0.50.360 J=0.180 J。打下点5时小车的动能Ek=M,v5=,式中t为5个时间间隔,即t=,故Ek=(d6-d4)2。(2)从该同学的实验操作情况来看,造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车受到的合力,实验前没有平衡摩擦力,故A、B正确;C、D两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响,故C、D错误。答案:(1)0.180(d6-d4)2(2)A
4、、B2.(2021大庆模拟)“探究动能定理”的实验装置如图甲所示,当小车在2条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W0。当用4条、6条、8条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时,橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0,每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打点的纸带测出。(1)关于该实验,下列说法正确的是。A.打点计时器可以用直流电源供电,电压为46 VB.实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等C.每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D.利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W,依次作出W-vm、W-、W-、W2-vm、W3-vm的图
5、象,得出合力做功与物体速度变化的关系(2)图乙给出了某次在正确操作情况下打出的纸带,从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带,测得O点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA=5.65 cm,OB=7.12 cm,OC=8.78 cm,OD=10.40 cm,OE=11.91 cm。已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s,则小车获得的最大速度vm=m/s。【解析】(1)电磁打点计时器使用46 V交流电,A错;实验中应选取相同的橡皮筋,B错;小车应从同一位置由静止释放,C对;数据分析时,应作出不同的图象探究功与速度变化的关系,D对。(2)由所给数据知BC=8.78 cm-7.12 cm=1.66
6、 cm,最大速度vm= m/s=0.83 m/s。答案:(1)C、D(2)0.833.(2021泸州模拟)某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”,在实验室设计了一套如图甲所示的装置,图中A为小车,B为打点计时器,C为弹簧测力计,P为小桶(内有沙子),一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置,不计绳与滑轮的摩擦。实验时,把长木板不带滑轮的一端垫起适当的高度,以平衡摩擦力,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。(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零点,顺次选取一系列点,分别测量这些点到零点之间的距离x,计算出它们与零点之间的速度平方差v2
7、=v2-,弹簧测力计的读数为F,小车的质量为m,然后建立v2-x坐标系,通过描点法得到的图象是一条过原点的直线,如图乙所示,则这条直线的斜率的意义为。(填写表达式)(2)若测出小车质量为0.4 kg,结合图象可求得小车所受合外力的大小为N。(3)本实验中是否必须满足小桶(含内部沙子)的质量远小于小车的质量:(选填“是”或“否”)。【解析】(1)由动能定理可得W=Fx=mv2-m=m(v2-),所以v2=x,所以图象的斜率等于。(2)由图象可知其斜率为k=5,由,知合外力F=km=50.4 N=1 N。(3)本实验不需要小桶(含内部沙子)的重力代替绳子的拉力,所以不需要小桶(含内部沙子)的重力远小于小车的质量。答案:(1)(2)1(3)否