【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】(廣東專用)2014屆高考物理一輪復(fù)習(xí)方案實(shí)驗(yàn)5探究動(dòng)能定理(含解析)

實(shí)驗(yàn) ( 五) 實(shí)驗(yàn) 5探究動(dòng)能定理 1在“探究恒力做功與物體的動(dòng)能改變量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材：A電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；B天平；C秒表；D低壓交流電源；E電池；F紙帶；G細(xì)線、砝碼、小車、砝碼盤；H薄木板(1) 其中多余的器材是 _ ，缺少的器材是 _ (2) 測量時(shí)間的工具是 _ ；測量質(zhì)量的工具是 _(3) 如圖 S51 所示是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的小車 ( 質(zhì)量為 m) 在恒力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的紙帶測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T. 請分析：利用這些數(shù)據(jù)能否驗(yàn)證動(dòng)能定理？若不能，請說明理由； 若能，請說出做法， 并對這種做法做出評價(jià)圖 S5 12在探究“恒力做功和物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖 S5 2 所示則：1圖 S5 2(1) 該 實(shí) 驗(yàn) 用 鉤 碼 的 重 力 表 示 小 車 受 到 的 合 外 力 ， 在 安 裝 時(shí) 首 先 要_，其次鉤碼和小車還需要滿足的條件是_ (2) 實(shí)驗(yàn)中，除位移、速度外，還需要測出的物理量有_.(3) 在上述實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz. 某同學(xué)打出的一段紙帶如圖S5 3 所示，則小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小為_m/s.( 計(jì)算結(jié)果保留3 位有效數(shù)字 )圖 S5 33在追尋科學(xué)家研究足跡的過程中， 某同學(xué)為探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系，采用了如圖 S5 4 甲所示的“探究物體加速度與物體質(zhì)量、受力之間關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖 S5 4(1) 實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合力，為了減小這種做法帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該采取的兩項(xiàng)措施是_和 _(2) 如圖 S5 5 所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、 D、E、F 是連續(xù)的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離已在圖中標(biāo)出，測出滑塊的質(zhì)量為，鉤碼的總質(zhì)量為. 從打B點(diǎn)到打E點(diǎn)的過程中，為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，該同學(xué)應(yīng)該尋找Mm_和_之間的數(shù)值關(guān)系( 用題中和圖中的物理量符號(hào)表示) 圖 S5 54某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖S56 所示的裝置探究動(dòng)能定理，小車內(nèi)可放置砝碼實(shí)驗(yàn)中小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼沒有到達(dá)地面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz.圖 S5 6(1) 如圖 S5 7 所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及 A、 B、 C、 D、E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)， 可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到 O的距離 s 及對應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度 v，如下表所示 請將 C點(diǎn)的測量結(jié)果填在表中相應(yīng)位置2圖 S5 7測量點(diǎn)OABCDEs/cm0.001.513.20_7.159.41 10.350.400.45_0.540.60v/m s(2) 實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了如圖S5 8 所示的圖線 ( 其中v2v2 v) ，根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是_ 要驗(yàn)證動(dòng)能定理，還需測量的物理量是摩擦力f 和 _ 圖 S5 852012豫北六校聯(lián)考某探究小組利用氣墊導(dǎo)軌和光電門計(jì)時(shí)器等裝置( 如圖 S5 9所示 ) 探究動(dòng)能定理他們通過改變滑輪下端的小盤中沙子的質(zhì)量來改變滑塊水平方向的拉力；滑塊上裝有寬為d的擋光片實(shí)驗(yàn)中，用天平稱出小盤和沙子的總質(zhì)量為，滑塊 ( 帶m擋光片 ) 的質(zhì)量為 M，計(jì)時(shí)器顯示擋光片經(jīng)過光電門1 和 2 的時(shí)間分別為t 、t .12圖 S5 9(1) 在滿足 _的條件下，才可以認(rèn)為小盤和沙子的重力所做的功等于滑塊動(dòng)能的改變量(2) 實(shí)驗(yàn)中還必須測量的物理量是 _ ，試寫出本次探究的原理表達(dá)式 ( 用測量量和已知量表示 )_ (3)寫出一個(gè)減小本實(shí)驗(yàn)誤差的方法：_ 6為了“探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，查資料得知， 彈簧的彈性勢能1E 2pkx2 ，其中 k 是彈簧的勁度系數(shù)，x 是彈簧長度的變化量某同學(xué)就設(shè)想用壓縮的彈簧推靜止的小球( 質(zhì)量為 m) 運(yùn)動(dòng)來探究這一問題為了研究方便， 把小球 O放在水平桌面上做實(shí)驗(yàn)，讓小球 O在彈力作用下運(yùn)動(dòng)，即只有彈簧推力做功該同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：首先進(jìn)行如圖S5 10 甲所示的實(shí)驗(yàn)：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小球 O，靜止時(shí)測得彈簧的伸長量為d.在此步驟中，目的是要確定物理量_，用 、 、表示為 _md g接著進(jìn)行如圖乙所示的實(shí)驗(yàn)：將這根彈簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小球O3壓縮，測得壓縮量為 x，釋放彈簧后，小球 O被推出去，從高為 h 的水平桌面上拋出，小球O在空中運(yùn)動(dòng)的水平距離為 L.小球 O的初動(dòng)能 Ek1 _ 小球 O的末動(dòng)能 Ek2 _ 彈簧對小球O做的功 W_( 用 m、 x、d、 g 表示 ) 對比 W和 Ek2 Ek1 就可以得出“外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”，若在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，外力所做的功等于物體動(dòng)能的變化甲乙圖 S5 104實(shí)驗(yàn) ( 五 )1 (1)C 、 E毫米刻度尺(2) 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器天平(3) 略 解析 (1) 計(jì)算小車速度是利用打上點(diǎn)的紙帶，故不需要秒表電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)使用低壓交流電源，故多余的器材是C、E. 測量點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離要用毫米刻度尺，故缺少的器材是毫米刻度尺(2) 測量時(shí)間的工具是電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，測量質(zhì)量的工具是天平(3) 能從A到B的過程中， 恒力做的功為ABAB，物體動(dòng)能的變化量為kB kA12BWFsE E2mvsB2sA 2BABA1111 s221 s2s22s即可， F 為砝碼的重力，可 2mv2m 2T2m 2T 2m 4 2 ，只要驗(yàn)證 Fs 2m4 2ATABT讀取優(yōu)點(diǎn)： A、 B 兩點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，測量時(shí)的相對誤差較?。蝗秉c(diǎn)：只進(jìn)行了一次測量驗(yàn)證，說服力不強(qiáng)2 (1) 平衡小車與木板之間的摩擦力鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2) 鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量(3)1.40 解析 (1) 本實(shí)驗(yàn)在安裝儀器時(shí)首先要平衡摩擦力；由牛頓第二定律可知mg ( M m) a，mgmg即 a，只有當(dāng)M? m時(shí)， a，鉤碼的重力近似為小車受到的合外力M mM(2) 由 (1) 可以看出實(shí)驗(yàn)中還需要測量的物理量為鉤碼的重力和小車的總質(zhì)量(3)由紙帶上對應(yīng)點(diǎn)可以讀出小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)s28 mmv 1.40 m/s.T0.02 s3 (1) 保證鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量平衡摩擦力(2)(234)mg sss1 s4 s5 2 1 s1 s2 2M2T M222T 解析 (1)鉤碼的總質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量，且墊高遠(yuǎn)離滑輪一端的木板以平衡摩擦力才能使鉤碼的重力近似等于滑塊所受合力(2)實(shí)驗(yàn)的目的是探究恒力做功和物體動(dòng)能變化之間的關(guān)系，從 B到 E，恒力做功即 mg( s21 s4s5 2 1 s1 s2 2 s3 s4) ，動(dòng)能變化 M 2T 2M 2T ，所以需要尋找它們之間的關(guān)系24 (1)5.080.49(2)v2 s( 速度平方的變化與位移成正比)小車的質(zhì)量 解析 (1)C點(diǎn)到 O點(diǎn)的距離 s 可由紙帶分析得出為6.08 cm 1.00 cm 5.08 cm. C點(diǎn)對應(yīng)小車的瞬時(shí)速度等于、兩點(diǎn)間的平均速度，vC sBD 0.49 m/s.B D4T0(2) 根據(jù)v2 s 圖象為過坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線可得出v2 s 的結(jié)論驗(yàn)證動(dòng)能定理需求解合外力所做的功及小車和砝碼動(dòng)能的變化合外力做功W mgx fs ( 其中 f 為小車受合121212的摩擦力， s 為小車的位移 ) ，小車和砝碼動(dòng)能的變化Ek2mv2mv02mv ，所以還需測出小車的質(zhì)量55 (1)?(2) 兩光電門之間的距離xm M1d2 1d 2mgx2Mt 22M t 1(3) 適當(dāng)減小擋光片的寬度；適當(dāng)增大光電門間的距離 解析 (1)設(shè)繩子拉力為，根據(jù)牛頓第二定律，對小盤和沙子，有： ；對Fmg Fma滑塊有： F Ma. 整理得 FMm) mg.mg (1 M mM m只有當(dāng) m?M時(shí)，才可認(rèn)為 Fmg，即小盤和沙子的重力做的功等于滑塊動(dòng)能的改變量(2) 滑塊經(jīng)過兩光電門的速度可表示為d和dmgx，動(dòng)能變化為1t 1，重力做的功為2t 2d2 1d21d21d2Mt 2 2Mt 1，故表達(dá)式為mgx 2Mt 2 2Mt 1.(3) 適當(dāng)減小擋光片寬度，可使dd更接近滑塊經(jīng)過兩個(gè)位置的瞬時(shí)速度；適當(dāng)增和tt 12大光電門間距離x，可減小因測量帶來的相對誤差mg226彈簧的勁度系數(shù) kmgLmgx04h2dd 解析 在圖甲所示的實(shí)驗(yàn)中，目的是確定彈簧的勁度系數(shù)k，由平衡條件得： mg kd，即 kmgd.在圖乙所示的實(shí)驗(yàn)中， 小球的初動(dòng)能k1 0.又根據(jù)小球做平拋運(yùn)動(dòng)得：12， vt，Eh2gtL11g 222mgL所以 Ek22mv 2m( L2h) 4h .122mgx彈簧對小球做的功等于彈性勢能的減少，所以W 2kx 2d .6