高考物理一輪復(fù)習(xí) 第6章 機(jī)械能 微專題32 實驗：研究動能定理試題 粵教版-粵教版高三物理試題

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1、32 實驗：研究動能定理 [方法點撥]　實驗需要測量合外力的功，要注意是否要平衡摩擦力． 1．如圖1甲所示，為驗證動能定理的實驗裝置，較長的小車的前端固定有力傳感器，能測出小車所受的拉力，小車上固定兩個完全相同的遮光條A、B，小車、傳感器及遮光條的總質(zhì)量為M，小車放在安裝有定滑輪和光電門的光滑軌道D上，光電門可記錄遮光條A、B通過它時的擋光時間．用不可伸長的細(xì)線將小車與質(zhì)量為m的重物相連，軌道放在水平桌面上，細(xì)線與軌道平行(滑輪質(zhì)量、摩擦不計)． 　 圖1 (1)用螺旋測微器測遮光條的寬度，如圖乙所示，則遮光條的寬度d＝________ mm. (2)實驗過程中_________

2、_______滿足M遠(yuǎn)大于m(填“需要”或“不需要”)． (3)實驗主要步驟如下： ①測量小車、傳感器及遮光條的總質(zhì)量M，測量兩遮光條的距離L，按圖甲正確連接器材． ②由靜止釋放小車，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄傳感器的示數(shù)F及遮光條A、B經(jīng)過光電門的擋光時間tA和tB，則驗證動能定理的表達(dá)式為________________(用字母M、F、L、d、tA、tB表示)． 2．為驗證動能定理，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗．將一長直板一端墊起，另一端側(cè)面裝一速度傳感器，讓小滑塊由靜止從木板h高處(從傳感器所在平面算起)自由滑下至速度傳感器時，讀出滑塊經(jīng)此處時的速度v，如圖2所示．多次改變滑塊的下滑高度

3、h(斜面的傾角不變)，對應(yīng)的速度值記錄在表中： 圖2 下滑高度h/m 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 速度v/m·s－1 0.633 0.895 1.100 1.265 1.414 要最簡單直觀地說明此過程動能定理是否成立，該同學(xué)建立了以h為縱軸的坐標(biāo)系，你認(rèn)為坐標(biāo)系的橫軸應(yīng)該是________，本實驗是否需要平衡摩擦力________(填“是”或“否”)． 3．某學(xué)習(xí)小組利用如圖3所示的實驗裝置探究合外力與速度的關(guān)系．一端帶有定滑輪的長木板固定在水平桌面上，用輕繩繞過定滑輪及動滑輪將滑塊與彈簧測力計相連．實驗中改變動滑輪下懸掛的鉤碼個數(shù)，進(jìn)

4、行多次測量，記錄彈簧測力計的示數(shù)F，并利用速度傳感器測出從同一位置P由靜止開始釋放的滑塊經(jīng)過速度傳感器時的速度大小v，用天平測出滑塊的質(zhì)量m，用刻度尺測出P與速度傳感器間的距離s，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮間，滑輪的質(zhì)量都很?。? 圖3 (1)實驗中鉤碼的質(zhì)量________(填“需要”或“不需要”)遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量． (2)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出v2－F圖象，下列圖象中最符合實際情況的是________． (3)根據(jù)實驗已測得數(shù)據(jù)及v2－F圖象，________(填“能”或“不能”)測出滑塊與長木板間的動摩擦因數(shù)． 4．用如圖4甲所示的實驗裝置完成“探究動能定理”的實驗．請補(bǔ)充完整

5、下列實驗步驟的相關(guān)內(nèi)容： 圖4 (1)用天平測量小車和遮光片的總質(zhì)量M、砝碼盤的質(zhì)量m0；用游標(biāo)卡尺測量遮光片的寬度d，游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖乙所示，其讀數(shù)為________ cm；按圖甲所示安裝好實驗裝置，用米尺測量出兩光電門之間的距離為s. (2)在砝碼盤中放入適量砝碼；適當(dāng)調(diào)節(jié)長木板的傾角，直到輕推小車，遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時間相等． (3)取下細(xì)線和砝碼盤，記下________(填寫相應(yīng)物理量及其符號)． (4)讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放，用數(shù)字毫秒計分別測出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時間ΔtA和ΔtB. (5)步驟(4)中，小車從光電門A下滑

6、至光電門B過程合外力做的總功W合＝________，小車動能變化量ΔEk＝________(用上述步驟中的物理量表示，重力加速度為g)，比較W合和ΔEk的值，找出兩者之間的關(guān)系． (6)重新掛上細(xì)線和砝碼盤，改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量，重復(fù)(2)～(5)步驟． (7)本實驗中，以下操作或要求是為了減小實驗誤差的是________． A．盡量減小兩光電門間的距離s B．調(diào)整滑輪，使細(xì)線與長木板平行 C．砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 答案精析 1．(1)0.400(0.399～0.401均給分)　(2)不需要 (3)FL＝(－) 解析　(1)根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則，遮光條的寬

7、度d＝0.400 mm. (2)由于實驗中小車受到的力由力傳感器測出，所以不需要滿足M遠(yuǎn)大于m. (3)遮光條通過光電門時的速度用遮光條的寬度除以相應(yīng)的擋光時間得出，即vA＝，vB＝.由動能定理，可得FL＝Mv－Mv＝M()2－M()2＝(－)，即驗證動能定理的表達(dá)式為FL＝(－)． 2．v2　否 解析　設(shè)木板與水平桌面間的夾角為θ，滑塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ.由動能定理得mgh－μmgcos θ×＝mv2，整理得：h＝v2.故h與v2成正比,應(yīng)以v2為橫軸.本實驗是滑塊重力的分力與摩擦力的合力充當(dāng)合外力使滑塊加速即可,因此不需要平衡摩擦力. 3．(1)不需要　(2)B　(3)能

8、 解析　(1)實驗中鉤碼的質(zhì)量不需要遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量，因為滑塊所受的拉力可由彈簧測力計直接測出． (2)由Fs－μmgs＝mv2－0可得v2＝F－2μgs，當(dāng)m、s、μ一定時，v2與F為線性關(guān)系，且v＝0時F＞0，B正確． (3)由v2－F圖象讀出橫軸截距b，則b＝μmg，得μ＝. 4．(1)0.525　(3)砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m　(5)(m＋m0)gs　M()2－M()2　(7)B 解析　(1)游標(biāo)卡尺讀數(shù)＝5 mm＋5×0.05 mm＝5.25 mm＝0.525 cm. (3)在實驗步驟(2)中，平衡了摩擦力，所以砝碼和砝碼盤的總重力大小可視為拉力，因此要記住砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m.(5)小車經(jīng)過兩個光電門的速度分別為：、，所以動能的變化量為M()2－M()2，合外力做功大小為(m＋m0)gs.(7)為了減小誤差，細(xì)線要與長木板平行．因為本實驗為求合力做功與動能變化的關(guān)系，不是要求砝碼和砝碼盤總重力近似替代拉力，所以C項不要求．