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实验探究动能定理
2020年高考物理备考:
专题练习卷---实验:
探究动能定理
1.探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图所示,实验主要过程如下:
(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…
(2)分析打点计时器打出的纸带,求出小车的速度v1、v2、v3、…
(3)作出Wv草图。
(4)分析Wv图象。
如果Wv图象是一条直线,表明W∝v;如果不是直线,可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系。
以下关于该实验的说法中不正确的是( )
A.本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、…,所采用的方法是选用同样的橡皮筋,并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。
当用1条橡皮筋进行实验时,橡皮筋对小车做的功为W,用2条、3条……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W…
B.小车运动中会受到阻力,补偿的方法:
可以使木板适当倾斜
C.某同学在一次实验中得到一条记录纸带。
纸带上打出的点,两端密、中间疏。
出现这种情况的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小
D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算
【答案】D
【解析】放开小车之后,小车在橡皮筋的作用下开始加速运动,等到橡皮筋与小车分离之后,小车做匀速直线运动。
本实验中测的速度是小车匀速运动的速度,而不是整个过程的平均速度,因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点。
2.某实验小组用如“实验图示记心中”所示装置“探究功与物体速度变化的关系”。
(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力,应该采用下面所述方法中的______(填入选项前的字母代号)。
A.逐步调节木板的倾斜程度,让小车能够自由下滑
B.逐步调节木板的倾斜程度,让小车在橡皮筋作用下开始运动
C.逐步调节木板的倾斜程度,给小车一初速度,让其拖着纸带匀速下滑
D.逐步调节木板的倾斜程度,让拖着纸带的小车自由下滑
(2)如图所示是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带,已知打点计时器连接的电源的频率为50Hz,则橡皮筋恢复原长时小车的速度为________m/s(结果保留三位有效数字)。
【答案】
(1)C
(2)1.39(1.38~1.40均正确)
3.某同学用如图甲所示装置来探究“动能定理”,得到一条如图乙所示的纸带,O点为第一个点,并在纸带清晰段依次标记了A、B、C三个点,用毫米刻度尺测得各点到O点的距离如图,重物质量m=1.00kg。
(1)电火花计时器应选择以下哪种电源______。
A.4~6V、50Hz交流电源
B.220V、50Hz交流电源
(2)从O点到B点,重物的重力做功W重=______J,动能的增加量ΔEk=______J。
(g取10m/s2,以上计算结果均保留三位有效数字)
【答案】
(1)B
(2)7.78 7.59
【解析】
(1)电火花计时器使用220V、50Hz的交流电源,所以选项B正确。
(2)从O点到B点,重物的重力做功
WG=mgh=1.00×10×0.7776J≈7.78J
B点的速度vB==m/s=3.895m/s,
B点的动能EkB=mvB2≈7.59J
动能的增加量ΔEk=EkB-0=7.59J。
4.某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的,沿木板滑行,橡皮筋对小车做的功记为W。
当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致),每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算。
(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)电源。
(2)实验中,小车会受到摩擦力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力,则下面操作正确的是( )
A.放开小车,能够自由下滑即可
B.放开小车,能够匀速下滑即可
C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可
D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可
(3)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是( )
A.橡皮筋处于原长状态
B.橡皮筋仍处于伸长状态
C.小车在两个铁钉的连线处
D.小车已过两个铁钉的连线
(4)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的________部分进行测量(根据如图实-5-3所示的纸带回答)。
【答案】
(1)交流
(2)D (3)B (4)GJ
【解析】
(1)打点计时器使用的是交流电源。
(2)平衡摩擦力时,应将纸带穿过打点计时器,放开拖着纸带的小车,小车能够匀速下滑即可,D正确。
(3)水平放置木板,放开小车后,小车做加速运动,当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时,小车的速度最大,此时橡皮筋仍处于伸长状态,小车没过两铁钉的连线,B正确,A、C、D错误。
(4)从纸带上看,纸带的GJ段打点比较均匀,所以应选用纸带的GJ段进行测量。
5.“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图所示,当小车在一条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W;当用2条、3条、4条、…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次、…实验时,橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W、…,每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。
(1)关于该实验,下列说法正确的是________。
A.打点计时器可以用干电池供电
B.实验仪器安装时,可以不平衡摩擦力
C.每次实验小车必须从同一位置由静止弹出
D.利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W,依次作出Wvm、Wvm2、Wvm3、W2vm、W3vm、…的图像,得出合力做功与物体速度变化的关系
(2)如图所示,给出了某次实验打出的纸带,从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带,测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB=1.48cm,BC=1.60cm,CD=1.62cm,DE=1.62cm;已知相邻两点打点时间间隔为0.02s,则小车获得的最大速度vm=________m/s。
(结果保留两位有效数字)
【答案】
(1)CD
(2)0.81
【解析】
(1)打点计时器必须用交流电,A项错误;实验仪器安装时,必须平衡摩擦力,B项错误;每次实验小车必须从同一位置由静止弹出,C项正确;根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图像,找出合力做的功与物体速度变化的关系,D项正确。
(2)小车获得的最大速度vm==m/s=0.81m/s。
6.某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究恒力对小车做功与小车动能改变的关系”实验,在实验中,该小组同学把砂和砂桶的总重力当做小车受到的合力。
(1)为了保证实验结果的误差尽量小,在实验操作中,下面做法正确的是( )
A.实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作
B.实验操作时要先放小车,后接通电源
C.在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近越好
D.在实验过程中要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量
(2)除实验装置中的仪器外,还需要的测量仪器有________________。
(3)图实验中打出的一条纸带,现选取纸带中的A、B两点来探究“恒力对小车做功与小车动能改变的关系”。
已知打点计时器的打点周期为T,重力加速度为g。
图中已经标明了要测量的物理量,另外,小车的质量为M,砂和砂桶的总质量为m。
请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来
________________________________________________________________________。
【答案】
(1)AD
(2)刻度尺、天平 (3)mgx=
【解析】
(1)为了使细线对小车的拉力做的功为合力的功,需平衡摩擦力,A正确;实验时,应该先接通电源,让打点计时器开始工作,然后再让小车运动,B错误;为减小测量误差,纸带上的两个研究点应选的适当远些,C错误;为了使砂和砂桶的总重力当作小车受到的合力,应该保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量,D正确。
(2)要用刻度尺测点之间的长度;用天平测小车的质量、砂和砂桶的总质量。
(3)vA=,vB=,比较重力做功W=mgx和动能改变量ΔEk=Mv-Mv得mgx=Mv-Mv,即mgx=
7.利用如图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。
小车的质量为M=200.0g,钩码的质量为m=10.0g,打点计时器的电源为50Hz的交流电。
(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到________________。
(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图所示。
选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点。
用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx,记录在纸带上。
计算打出各计数点时小车的速度v,其中打出计数点“1”时小车的速度v1=________m/s。
(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取g=9.80m/s2,利用W=mgΔx算出拉力对小车做的功W。
利用Ek=Mv2算出小车动能,并求出动能的变化量ΔEk。
计算结果见下表。
W/×10-3J
2.45
2.92
3.35
3.81
4.26
ΔEk/×10-3J
2.31
2.73
3.12
3.61
4.00
请根据表中的数据,在方格纸上作出ΔEkW图像。
(4)实验结果表明,ΔEk总是略小于W。
某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。
用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=________N。
【答案】
(1)小车做匀速运动
(2)0.228 (3)见解析图 (4)0.093
【解析】
(1)挂钩码前,调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车,小车做匀速直线运动,表明此时已消除了摩擦力的影响。
(2)打出计数点“1”时小车的速度
v1=m/s=0.228m/s。
(3)根据题表格中的数据,描点作图,如图所示:
(4)由于W=mgΔx,ΔEk=FΔx,
则有F=mg=×0.01×9.8N≈0.093N。
8.为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”,查资料得知,弹簧的弹性势能Ep=kx2,其中k是弹簧的劲度系数,x是弹簧长度的变化量。
某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球(质量为m)运动来探究这一问题。
为了研究方便,把小球放在水平桌面上做实验,让小球在弹力作用下运动,既只有弹簧弹力做功。
该同学设计实验如下:
首先进行如图甲所示的实验:
将轻质弹簧竖直挂起来,在弹簧的另一端挂上小球,静止时测得弹簧的伸长量为d。
在此步骤中,目的是要确定物理量________,用m、d、g表示为________。
接着进行如图实56乙所示的实验:
将这根弹簧水平放在桌面上,一端固定,另一端被小球压缩,测得压缩量为x,释放弹簧后,小球被推出去,从高为h的水平桌面上抛出,小球在空中运动的水平距离为L。
小球的初动能Ek1=________。
小球离开桌面的动能Ek2=________。
弹簧对小球做的功W=________(用m、x、d、g表示)。
对比W和Ek2-Ek1就可以得出“外力做功与物体动能变化的关系”。
【答案】弹簧的劲度系数k 0
【解析】在图甲所示的实验中,目的是确定弹簧的劲度系数k,由平衡条件得mg=kd,即k= 在图乙所示的实验中,小球的初动能Ek1=0
又根据小球做平抛运动得h=gt2,L=vt
所以Ek2=mv2=m(L)2=
弹簧对小球做的功等于弹性势能的减少,
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