2023年高考物理二轮复习100考点千题精练第十二章物理实验专题12.5探究动能定理实验

专题12.5探究动能定理实验拉力功小动变的关此还备点计器配的导写。。【命题意图】此题考查拉力功小动变的关及其相关的知识点，意在考查对动能定理的理解和实验探究能力。2〔2023湖南三校联考〕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1所示的装置，他们还找来了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、细沙．要完成该项实验，那么：

〔1〕你认为还需要的实验器材有______

〔2〕实验时，为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小根本相等，要使沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量，另外，实验时还要______；

〔3〕在〔2〕的根底上，某同学测出滑块的质量M．往沙桶中装入适量的细沙，测出此时沙和沙桶的总质量m，让沙桶带动滑块加速运动，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s，并根据纸带算出这两点速度的大小分别为v1与v2〔v1＜v2〕．那么实验要验证的数学表达式为：______(4)假设取v1=0，图中符合实验结论的应是选项______。【参考答案】〔1〕天平，刻度尺〔米尺〕．(2)平衡摩擦力〔3〕mgs=Mv22-Mv12．〔4〕C3．〔2023云南昆明适应性检测〕某实验小组用如下图的装置探究动能定理，并测量当地的重力加速度。将小钢球从固定轨道倾斜局部某处由静止释放，经轨道末端水平飞出。落到铺着白纸和复写纸的水平地面上，在白纸上留下点迹。为了使问题简化，小钢球在轨道倾斜局部下滑的距离分别为L、2L、3L、4L……，这样在轨道倾斜局部合外力对小钢球做的功就可以分别记为、2、3、4……〔1〕为了探究动能定理，除了测量小钢球离开轨道后的下落高度h和水平位移s外，还需测量____A．L、2L、3L、4L……的具体数值B．轨道与小钢球之间的动摩擦因数C．小钢球的质量m〔2〕请用上述必要的物理量写出探究动能定理的关系式，W=________________；〔3〕为了减小实验误差必须进行屡次测量，在L、2L、3L、4L……处的每个释放点都要让小钢球重复释放屡次，在白纸上留下多个点迹。那么，确定在同一位置释放的小钢球在白纸上的平均落点位置的方法是_________________________________________。〔4〕该实验小组利用实验数据得到了如下图的图像，那么图像的横坐标表示______〔填“s〞或“〞〕，假设该图线的斜率为k，那么当地的重力加速度g=____〔用图中相关的物理量表示〕。【参考答案】〔1〕C〔2〕〔3〕用尽可能小的圆圈住所有落点，圆心即为平均落点的位置〔4〕，〔3〕确定在同一位置释放的小钢球在白纸上的平均落点位置的方法是用尽可能小的圆圈住所有落点，圆心即为平均落点的位置。〔4〕由W=可知图像的横坐标表示，假设该图线的斜率为k，那么k=，当地的重力加速度g=。4．(2023·河南洛阳联考))某同学利用如下图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，之后平抛落至水平地面上，落点记为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)，小物块落点分别记为M2、M3、M4…。(3)测量相关数据，进行数据处理。①为求出小物块从桌面抛出时的动能，需要测量以下物理量中的________(填正确答案标号，g)。A．小物块的质量mB．橡皮筋的原长xC．橡皮筋的伸长量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物块抛出点到落地点的水平距离L②将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为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、…，假设功与速度的平方成正比，那么应以W为纵坐标、________为横坐标作图，才能得到一条直线。③如果小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，那么由此引起的误差属于________(填“偶然误差〞或“系统误差〞)。【参考答案】①ADE②L2③系统误差5．(2023·湖南四市联考)(7分)如图是某小组验证动能定理的实验装置，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上，通过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处。测得滑块(含遮光条和拉力传感器)质量为M、钩码的总质量为m、遮光条的宽度为d，当地的重力加速度为g。当气垫导轨充气后，将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F，光电门记录的时间为Δt。(1)实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M？________(填“是〞或“否〞)；(2)测得AB之间的距离为L，那么对滑块验证动能定理的表达式为________(用以上对应物理量的符号表示)；(3)为减少实验误差，可采取的方法是()A．增大AB之间的距离B．减少钩码的总质量C．增大滑块的质量D．减少遮光条的宽度【参考答案】(1)否(2)FL＝eq\f(1,2)M(eq\f(d,Δt))2(3)AD6.在“探究恒力做功与动能改变的关系〞实验中(装置如图甲所示)：(1)以下说法哪一项为哪一项正确的________。(填选项前字母)A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一局部，选取O、A、B、C计数点，打点计时器使用的交流电频率为50Hz，那么打B点时小车的瞬时速度大小为________m/s(保存三位有效数字)。【参考答案】(1)C(2)0.6537．[多项选择]用如下图的装置做“探究动能定理〞的实验时，以下说法正确的选项是()A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值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【参考答案】ABC8．(2023·武汉模拟)某同学利用如下图的装置“探究功与速度变化的关系〞：在木块的左端固定一挡板，挡板上栓一轻质弹簧，弹簧的右端固定一小物块，物块的上方有一很窄的遮光片，当弹簧的长度为原长时，物块恰处于O点，O点的正上方有一光电门，光电门上连接计时器(图中未画出)。弹性势能的表达式为Ep＝eq\f(1,2)k(Δx)2。(1)实验开始时，________平衡摩擦力；________测量遮光片的宽度。(均填“需要〞或“不需要〞)(2)所有实验条件具备后，将小物块向左压缩Δx后从静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮光片通过光电门的时间t1。(3)将小物块向左压缩2Δx、3Δx、4Δx、…后从静止释放，小物块在弹簧的作用下被弹出，分别记下遮光片通过光电门的时间t2、t3、t4、…。(4)将几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、…，那么W1∶W2∶W3＝________，假设以W为纵坐标、eq\f(1,t2)为横坐标作图，那么得到的图象是________(填“一条直线〞或“一条曲线〞)。【名师答案】(1)需要不需要(4)1∶4∶9一条直线【名师解析】(1)由于该实验要求弹簧弹力做功，所以不能有摩擦力做功，所以需要平衡摩擦力。光电门测速度的原理是用平均速度来代替瞬时速度v，小物块在弹簧的作用下被弹出，记下遮光片通过光电门的时间t，小物块的速度v＝eq\f(d,t)，根据功能关系可以求出需要验证的关系式可知：W＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(d2,2mt2)m，假设以W为纵坐标、eq\f(1,t2)为横坐标作图，那么得到的图象是一条倾斜直线，即可得到合力功与速度变化的关系，所以不需要测量遮光片的宽度。(4)弹性势能的表达式为Ep＝eq\f(1,2)k(Δx)2。所以几次实验中弹簧对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、…，那么W1∶W2∶W3＝1∶4∶9，假设以W为纵坐标、eq\f(1,t2)为横坐标作图，那么得到的图象是一条直线。9．如图甲所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系〞的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合力做功和动能变化的关系〞的实验：甲(1)为到达平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动。(2)连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到如图乙所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为0.2N，小车的质量为0.2kg。乙请计算小车所受合力做的功W和小车动能的变化ΔEk，补填表中空格(结果保存至小数点后第四位)。O－BO－CO－DO－EO－FW/J0.04320.05720.07340.0915①ΔEk/J0.04300.05700.07340.0907②分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W＝ΔEk，与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(g取9.8m/s2，结果保存至小数点后第三位)【参考答案】(1)匀速直线(或匀速)(2)①0.1115②0.1105(3)0.01510．某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究有关做功的问题。(1)如图甲所示，在保持M＞7m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于砂和砂桶的总重力，在控制小车质量不变的情况下进行实验。在实验中，该同学先接通打点计时器的电源，再放开纸带，交流电的频率为50Hz。图乙是在m＝100g、M＝1kg情况下打出的一条纸带，O为起点，A、B、C为过程中3个相邻的计数点，相邻的计数点之间有4个没有标出，有关数据如图乙所示，那么打B点时小车的动能Ek＝________J，从开始运动到打B点时，绳的拉力对小车做的功W＝________J。(保存2位有效数字，g取9.8m/s2(2)在第(1)问中，绳的拉力对小车做的功W大于小车获得的动能Ek，请你举出导致这一结果的主要原因：___________________________________________________。(写出一种即可)【参考答案】(1)0.500.51(2)摩擦没有完全抵消；砂与砂桶的重力大于绳的拉力(写出一种即可)8．(2023·濮阳模拟)质量为1kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录下运动的过程，打点计时器所接电源为6V、50Hz的交流电源。如图甲所示，纸带上O点为重物自由下落时打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，各计数点与O点的距离依次为31.4、70.6、125.4、195.9、282.1、383.8、501.2，单位为mm，重力加速度为9.8m/s2，那么(1)求出B、C、D、E、F各点速度并填入下表。计数点BCDEF速度(m·s－1)(2)求出重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功。计数点BCDEF功(J)(3)适中选择坐标轴，在图乙中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图。图中纵坐标表示________，横坐标表示________，由图可得重力所做的功与____________成____________关系。【答案】(1)1.181.571.962.352．74(2)0.691.231.922.763.76(3)见解析图重力做的功WG速度的平方v2速度的平方v2正比(3)如下图。由图可得重力所做的功与速度的平方v2成正比。11．(2023·马鞍山模拟)某同学用如图甲所示装置做“探究合力的功与动能改变量的关系〞的实验，他通过成倍增加位移的方法来进行验证。方法如下：将光电门固定在水平轨道上的B点，用重物通过细线拉小车，保持小车(带遮光条)和重物的质量不变，通过改变小车释放点到光电门的距离进行屡次实验，每次实验时要求小车都由静止释放。(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d，示数如图乙所示，那么d＝________cm。(2)如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t，小车到光电门的距离为s，通过描点作出线性图象来反映合力的功与动能改变量的关系，那么所作图象关系是________时才能符合实验要求。A．stB．st2C．st－1D．st－(3)以下实验操作中必要的是________。A．调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动B．必须满足重物的质量远小于小车的质量C．必须保证小车由静止状态开始释放【参考答案】(1)1.075(2)D(3)C10．测量小物块Q与平板P之间动摩擦因数的实验装置如下图。AB是半径足够大的、光滑的四分之一圆弧轨道，与水平固定放置的P板的上外表BC在B点相切，C点在水平地面的垂直投影为C′。重力加速度大小为g。实验步骤如下：①用天平称出物块Q的质量m；②测量出轨道AB的半径R、BC的长度L和CC′的长度h；③将物块Q在A点从静止释放，在物块Q落地处标记其落地点D；④重复步骤③，共做10次；⑤将10个落地点用一个尽量小的圆围住，用米尺测量圆心到C′的距离s。(1)用实验中的测量量表示：①物块Q到达B点时的动能EkB＝________________________________________；②物块Q到达