2020版高考物理一轮复习 课后限时作业22 实验：探究动能定理（含解析）新人教版

课后限时作业22实验：探究动能定理时间：45分钟1关于“探究功与物体速度变化的关系”的实验，下列叙述正确的是(D)A每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C放小车的长木板应水平D先接通打点计时器的电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出解析：实验中没有必要测出橡皮筋做功的具体数值，只要测出后来各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A错误；为了使以后各次实验中橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，必须使每次实验中橡皮筋拉伸的长度保持一致，B错误；为了减小误差，实验中应使长木板倾斜以平衡摩擦力，C错误；实验中应先接通打点计时器的电源，然后再释放小车，D正确2某同学利用如图甲所示装置探究力对物体做的功与物体速度变化的关系，各次实验中橡皮筋拉伸的长度都一样，得到了如下表的数据：实验次数12345橡皮筋条数13457小车速度v/(ms1)0.711.231.421.581.87(1)设一条橡皮筋拉伸到固定长度所做的功为W0，在图乙中大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v关系的图象答案：如图所示(2)由图象大致可判断出W与v的关系可能是Wv2.解析：(1)根据表中数据可知，橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大据描点法可知，W与v的图线为抛物线，如图所示(2)由图象大致可判断出W与v的关系可能是Wv2.3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：按下图连接实验装置，其中小车质量M0.20 kg，钩码总质量m0.05 kg.释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率为f50 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，如下图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距离分别为d10.041 m，d20.055 m，d30.167 m，d40.256 m，d50.360 m，d60.480 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W0.180 J(结果保留三位有效数字)，用正确的公式Ek(d6d4)2(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Ek0.125 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AB(填选项前的字母)A钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B没有平衡摩擦力，使得合力对物体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mg0.5 N，从打下点0到打下点5，小车的水平位移xd50.360 m，所以WF合x0.50.360 J0.180 J打下点5时小车的动能EkMv，v5，式中t为5个时间间隔，即t，故Ek(d6d4)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4某实验小组利用如图所示装置进行“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，让小车从长木板顶端由静止下滑，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无影响(选填“有影响”或“无影响”)(2)若要验证动能定理的表达式，还需测量的物理量有ACD(填选项前的字母)A悬挂钩码的总质量m B长木板的倾角C两传感器间的距离l D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：mglM(vv)(重力加速度为g)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，撤去钩码后小车所受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由动能定理，有mglMvMv，可知需要测量悬挂钩码的总质量m、两传感器间的距离l、小车的质量M.5用如图甲所示的实验装置完成“探究动能定理”实验请补充完整下列实验步骤的相关内容：(1)用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为0.520 cm；按图甲所示安装好实验装置，用刻度尺测量两光电门之间的距离s.(2)在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等(3)取下细线和砝码盘，记下砝码盘中砝码的总质量m(填写相应物理量及其符号)(4)让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB.(5)步骤(4)中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W合(mm0)gs，小车动能变化量Ek，比较W合和Ek的值，找出两者之间的关系(用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g)(6)重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复(2)(5)步骤(7)本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是B(填选项前的字母)A尽量减小两光电门间的距离sB调整滑轮，使细线与长木板平行C砝码和砝码盘的总质量远小于小车和遮光片的质量解析：(1)由于游标卡尺是20分度的，所测遮光片的宽度应是主尺读数与游标尺读数之和，即5 mm40.05 mm5.20 mm0.520 cm.(3)在砝码盘中放入适量砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后两次经过光电门A和光电门B的时间相等，这一步目的是使取下细线和砝码盘后小车运动所受合外力等于砝码和砝码盘的总重力(mm0)g，所以当取下细线和砝码盘时，应记下砝码盘中砝码的总质量m.(5)小车从光电门A下滑至光电门B过程中合外力做的总功W合(mm0)gs，小车动能变化量EkM2M2，比较W合和Ek的值，找出两者之间的关系(7)尽量减小两光电门间的距离s，会增大误差，选项A错误；调整滑轮，使细线与长木板平行，这样细线拉力等于小车加速运动时受到的合外力，有利于减小误差，选项B正确；本实验不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车和遮光片的总质量，选项C错误6某实验小组要探究力对物体做的功与物体获得的速度的关系，选取的实验装置如图所示(1)实验时，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，接通打点计时器的电源，轻推小车，最终得到如图甲所示的纸带，这样做的目的是平衡摩擦力(2)在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀分布的，为了计算小车获得的速度，应选用图乙纸带的FI(选填“AF”或“FI”)部分(3)小车在一条橡皮筋的作用下从某位置由静止弹出，沿木板滑行，当小车的速度最大时，橡皮筋对小车做的功为W.再用完全相同的2条、3条、n条橡皮筋作用于小车上，每次在相同(选填“相同”或“不相同”)的位置由静止释放小车，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、nW.(4)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、vn，作出Wv图象，则符合实际的图象是图中的D(填选项字母)解析：(1)纸带上打出的点迹均匀，说明小车做匀速运动，这样做的目的是平衡摩擦力(2)纸带在橡皮筋的拉力作用下做加速运动，橡皮筋做功完毕后，小车的速度达到最大，之后做匀速运动，因此匀速运动时的速度即为该过程中小车的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带上点迹均匀分布的部分测量，即FI部分(3)橡皮筋的拉力为变力，采用倍增法增加功，使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，当小车的速度最大时，橡皮筋对小车做的功为W；再用完全相同的2条、3条、n条橡皮筋作用于小车上，每次由静止释放小车时橡皮筋的伸长量都相同，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、nW，所以每次应在相同的位置由静止释放小车(4)功与速度的二次方相对应，所以图象应为D.7某同学利用如图甲所示的装置验证动能定理固定并调整斜槽，使它的末端O点的切线水平，在水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸将小球从斜槽上某标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球平抛的水平位移x.改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：高度H(h为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h水平位移x(cm)5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)斜槽倾角为，小球与斜槽之间的动摩擦因数为，斜槽底端离地的高度为y，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，动能定理若成立，则应满足的关系式是mgHx2.(2)以H为横坐标，以x2为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图乙所示(3)由第(1)(2)问，可以得出结论：在实验误差允许的范围内，小球运动到斜槽底端的过程中，合外力对小球所做的功等于小球动能的增量解析：(1)设小球离开斜槽时的速度为v，根据平抛运动的规律得xvt，ygt2，联立得vx，小球在斜槽上滑下的过程中，重力和摩擦力做功，则合力做的功为WmgHmgcosmgH，小球动能的变化量Ekmv2x2，则小球从斜槽上滑下的过程中，动能定理若成立，应满足的关系式是mgHx2.(2)由(1)可知，以H为横坐标，以x2为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如题图乙所示(3)由第(1)(2)问，结合图象可得：在实验误差允许的范围内，小球运动到斜槽底端的过程中，合外力对小球所做的功等于小球动能的增量8