2019年高考物理一輪復習 5-5實驗 探究動能定理驗證機械能守恒定律同步檢測試題.doc

2019年高考物理一輪復習 5-5實驗 探究動能定理驗證機械能守恒定律同步檢測試題1(多選題)在探究功與物體速度變化的關系的實驗中，某同學在一次實驗中得到一條如圖201所示的紙帶，這條紙帶上的點兩端較密，中間稀疏，出現這種情況的原因可能是()圖201A電源的頻率不穩(wěn)定B木板傾斜的程度太大C沒有使木板傾斜或傾斜角太小D小車受到的阻力較大解析：出現上述情況的原因是小車先加速再減速，說明開始時橡皮筋的彈力大于摩擦力，隨后又小于摩擦力，因此沒有完全平衡摩擦力答案：CD2有4條用打點計時器(所用交流電頻率為50 Hz)打出的紙帶A、B、C、D，其中一條是做“驗證機械能守恒定律”實驗時打出的為找出該紙帶，某同學在每條紙帶上取了點跡清晰的、連續(xù)的4個點，用刻度尺測出相鄰兩個點間距離依次為x1、x2、x3.請你根據下列x1、x2、x3的測量結果確定該紙帶為(已知當地的重力加速度為9.791 m/s2)()A61.0 mm65.8 mm70.7 mmB41.2 mm45.1 mm53.0 mmC49.6 mm53.5 mm57.3 mmD60.5 mm61.0 mm60.6 mm解析：驗證機械能守恒采用重錘的自由落體運動實現，所以相鄰0.02 s內的位移增加量為xgT29.7910.022 m3.9 mm.答案：C3某同學利用打點計時器、已知質量為m的滑塊、可調節(jié)高度的斜面、直尺等儀器進行“探究動能定理”的實驗，如圖202所示，他首先將打點計時器固定在斜面的上端，并將滑塊與紙帶相連，讓紙帶穿過打點計時器，接通低壓交流電源(已知其頻率為f)后釋放滑塊，打點計時器在紙帶上打下一系列點圖202圖203圖204回答下列問題：(用已知字母表示)(1)寫出影響滑塊動能變化的主要因素_(2)該實驗探究中為了求合外力，應先求出滑塊與斜面的動摩擦因數該同學通過多次調節(jié)斜面的高度，得到一條打點間距均勻的紙帶，如圖203所示，此時相對應的斜面長為L、斜面高為h.由此可求出滑塊與斜面的動摩擦因數為_.(3)保持斜面長度不變，升高斜面高度到H(H>h)，該同學在實驗中得到一條打點清晰的紙帶，如圖204所示，用直尺測出x1、x2、x3，對A、B兩點研究：此時滑塊在A、B兩點的速度大小為：vA_，vB_.(4)該同學對AB段進行研究，根據記錄的數據計算合外力對滑塊做的功W，滑塊動能的變化量Ek，在誤差允許的范圍內WEk.解析：(1)由滑塊在斜面上運動可知，影響滑塊動能變化的是合外力的功，即重力做功和摩擦力做功(2)由題圖可知滑塊在斜面上做勻速直線運動，則有：mgsinmgcos(為斜面的傾角)，可得tan.(3)由運動學公式得A點的瞬時速度是vAf，B點的瞬時速度是vBf.答案：(1)重力做功、摩擦力做功(2)(3)ffB組能力提升4xx福建省莆田一中月考某探究學習小組的同學欲以圖205裝置中的滑塊為對象驗證“動能定理”，他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置，另外他們還找到了打點計時器所用的學生電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊、細砂、墊塊當滑塊連接上紙帶，用細線通過滑輪掛上空的小砂桶時，釋放小桶，滑塊處于靜止狀態(tài)若你是小組中的一位成員，要完成該項實驗，則：圖205(1)你認為還需要的實驗器材有_、_.(兩個)(2)實驗時為了保證滑塊(質量為M)受到的合力與砂和砂桶的總重力大小基本相等，砂和砂桶的總質量m應滿足的實驗條件是_，實驗時首先要做的步驟是_(3)在(2)的基礎上，某同學用天平稱量滑塊的質量M.往砂桶中裝入適量的細砂，用天平稱出此時砂和砂桶的總質量m.讓砂桶帶動滑塊加速運動，用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v1與v2(v1<v2)則對滑塊，本實驗最終要驗證的數學表達式為_(用題中的字母表示)(4)要探究滑塊與砂及砂桶組成的系統(tǒng)機械能是否守恒，如果實驗時所用滑塊質量為M，砂及砂桶總質量為m，讓砂桶帶動滑塊在水平氣墊導軌上加速運動，用打點計時器記錄其運動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v1與v2(v1<v2)則最終需驗證的數學表達式為_(用題中的字母表示)答案：(1)天平刻度尺(2)mM平衡摩擦力(3)mgLM(vv)(4)mgL(mM)(vv5用如圖206甲所示的實驗裝置驗證機械能守恒定律弧形軌道末端水平，離地面的高度為H.將鋼球從軌道的不同高度h處由靜止釋放，鋼球的落點距軌道末端的水平距離為s.甲乙圖206(1)若軌道完全光滑，s2與h的理論關系應滿足s2_(用H、h表示)(2)如圖乙為根據理論計算得到的s2h關系圖線，據此可知，桌面離地面距離H_m.(3)該同學經實驗測量得到一組數據，如下表所示：h(101 m)2.003.004.005.006.00s2(101 m2)2.623.895.206.537.78請在圖乙上作出s2h關系圖(4)對比實驗結果與理論計算得到的s2h關系圖線(圖中已畫出)，自同一高度靜止釋放的鋼球，實驗中水平拋出的速率_(填“小于”或“大于”)理論值(5)從s2h關系圖線中分析得出鋼球水平拋出的速率相差十分顯著，你認為造成上述偏差的原因可能是_C組難點突破6如圖207所示，兩個質量分別為m1和m2的物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端(m1>m2)，1、2是兩個光電門用此裝置驗證機械能守恒定律圖207(1)實驗中除了記錄物塊B通過兩光電門時的速度v1、v2外，還需要測量的物理量是_(2)用已知量和測量量寫出驗證機械能守恒的表達式_解析：A、B運動過程中，若系統(tǒng)的機械能守恒，則有m1ghm2gh(m1m2)(vv)，所以除了記錄物體B通過兩光電門時的速度v1、v2外，還需要測的物理量有：m1和m2，兩光電門之間的距離h.答案：(1)A、B兩物塊的質量m1和m2，兩光電門之間的距離h(2)(m1m2)gh(m1m2)(vv)名師心得拱手相贈教學積累資源共享教師用書獨具變力做功的求解方法一、將變力做功轉化為恒力做功常見的方法有三種：(1)如果力是均勻變化的，可用求平均力的方法將變力轉化為恒力；(2)耗散力(如空氣阻力)在曲線運動(或往返運動)過程中所做的功等于力和路程的乘積，不是力和位移的乘積，可將方向變化、大小不變的變力轉化為恒力來求力所做的功；(3)通過關聯點的聯系將變力做功轉化為恒力做功1用力的平均值求功【例1】用錘子擊釘子，設木板對釘子的阻力跟釘子進入木板的深度成正比，每次擊釘子時錘子對釘子做的功相同已知擊第一次時，釘子進入木板內1 cm，則擊第二次時，釘子進入木板的深度是多少？解析：設x為釘子進入木板的深度，k為比例系數，則木板對釘子的阻力fkx.擊第一次時，釘子進入木板的深度為x11 cm，則這一過程中的平均阻力為1，錘子對釘子做的功為W11x1.設擊第二次時，釘子進入木板的總深度為x2，則這一過程中的平均阻力為2.錘子對釘子做的功為W22(x2x1).依題意有W1W2，聯立以上各式得x2 cm.所以，擊第二次時，釘子進入木板的深度為xx2x1(1) cm.答案：(1) cm2轉化法【例2】人在A點拉著繩通過離地面的高度為h的光滑定滑輪吊起質量m的物體，如圖55所示，開始繩與水平方向的夾角為，當人勻速地提起物體由A點沿水平方向運動到達B點，此時繩與水平方向的夾角為，求人對繩的拉力所做的功圖51解析：人對繩的拉力大小雖然始終等于物體的重力，但方向卻時刻在變化，無法利用恒力公式直接求出人對繩的拉力所做的功，若轉換研究對象就不難發(fā)現，人對繩的拉力所做的功與繩對物體的拉力所做的功相同，而繩對物體的拉力是恒力人由A走到B的過程中，物體G上升的高度等于滑輪右側的繩子增加的長度，即h.人對繩子做的功為WFsGh，即WGh.答案：Gh3微元法圖52【例3】磨桿長為L，在桿端施以與桿垂直且大小不變的力F，如圖52所示，求桿繞軸轉動一周過程中力F所做的功解析：磨桿繞軸轉動過程中，力的方向不斷變化，不能直接用公式WFscos進行計算這時，必須把整個圓周分成許多段小弧，使每一小段弧都可以看成是這段弧的切線，即可以看成是這段的位移這樣，由于F的大小不變，加之與位移的方向相同，因而對于每一小段圓弧均可視為恒力做功桿繞軸轉動一周所做功的總和為：WW1W2WnFs1Fs2Fsn因為s1s2sn2L所以WF2L2FL.答案：2FL二、用Fs圖象求解圖53【例4】如圖53所示，長度為l、質量為m的均勻的繩，一段置于水平的光滑桌面上，另外長度為a的一段垂于桌面下，當繩下滑全部離開桌面時，求重力所做的功解析：開始使繩下滑的力是長度為a的一段繩所受的重力，此后下垂的繩逐漸增大，使繩下滑的力也逐漸增大，這是一個變力做功的問題，可用圖象法分析圖54開始使繩下滑的力是長度為a的一段繩所受的重力Fmg.當繩全部離開桌面時，繩下滑的位移是(la)，且此時使繩下滑的力是整條繩所受的重力mg.在此區(qū)間使繩下滑的重力均勻地增加，如圖54所示那么，重力做的功在數值上就等于圖象所包圍的梯形面積即W(la).答案：三、用動能定理求變力做功圖55【例5】如圖55所示，質量為m的物體用細繩經過光滑小孔牽引在光滑水平面上做勻速圓周運動，拉力為某值F時，轉動半徑為R，當拉力逐漸減小到時，物體仍做勻速圓周運動，半徑為2R，則外力對物體所做的功是多少？解析：該題中繩的拉力顯然是變力，這里應用動能定理求解設當繩的拉力為F時，小球做勻速圓周運動的線速度為v1，則有Fm，當繩的拉力減小為時，小球做勻速圓周運動的線速度為v2，則有m，在繩的拉力由F減為的過程中，繩的拉力所做功由動能定理得Wmvmv，聯立解得WFR，其中負號表示做負功答案：FR四、用機械能守恒定律求變力做功圖56【例6】如圖56所示，可視為質點的小球A、B用不可伸長的細軟輕線連接，跨過固定在地面上、半徑為R的光滑圓柱，A的質量為B的兩倍當B位于地面時，A恰與圓柱軸心等高將A由靜止釋放，B上升的最大高度是()A2R B. C. D.解析：當A下落至地面時，B恰好上升到與圓心等高位置，這個過程中系統(tǒng)的機械能守恒，即：2mgRmgR3mv2，接下來，B物體做豎直上拋運動，上升的高度h兩式聯立得h這樣B上升的最大高度HhR.答案：C五、用功能關系求變力做功【例7】如圖57所示，一條重鐵鏈長為2 m，質量為10 kg，放在光滑的水平地面上，拿住一端勻速提起鐵鏈到鐵鏈全部離開地面的瞬時，拉力所做的功是_(g取9.8 m/s2)甲57解析：鐵鏈從初態(tài)(如圖57甲所示)到末態(tài)(如圖乙所示)，它的重心位置升高了h，因而它的重力勢能增加了Epmghmg；又由于鐵鏈從初態(tài)到末態(tài)是被勻速提起，因而它的動能沒有發(fā)生變化，所以拉力F對鐵鏈所做的功等于鐵鏈重力勢能的增加量，即WFEpmg109.82 J98 J.答案：98 J六、用功率公式求功【例8】質量為M的汽車，沿平直的公路加速行駛，當汽車的速度為v1時，立即以不變的功率P行駛，經過距離s，速度達到最大值v2.設汽車行駛過程中受到的阻力始終不變，求汽車的速度由v1增至v2的過程中所經歷的時間及牽引力做的功解析：設汽車從v1(初態(tài))加速至v2(末態(tài))的過程所經歷的時間為t，行駛過程中所受的阻力為F阻，牽引力做的功為WPt.對汽車加速過程用動能定理有：PtF阻s又F阻聯立得t，WPt.答案：tW