实验针对训练5 探究动能定理(Word练习)-【名师导航】2024年高考物理一轮总复习(老高考)人教版

实验针对训练(五) 1．(2022·四川内江二模)用图甲所示装置探究动能定理。有下列器材：A．电火花计时器；B．220 V交流电源；C．纸带；D．细线、小车、砝码和砝码盘；E．一端带滑轮的长木板、小垫木；F．刻度尺。 甲 乙 (1)实验中还需要的实验器材为________。 (2)按正确的实验操作，实验中得到一条点迹清晰的纸带如图乙，图中数据xA、xB和xAB已测出，交流电频率为f，小车质量为M，砝码和砝码盘的质量为m，以小车、砝码和砝码盘组成的系统为研究对象，从A到B过程中，合力做功为________，动能变化量为________，比较二者大小关系，可探究动能定理。 [解析]　(1)因为需要测量小车以及砝码和砝码盘的质量，所以实验中还需要的实验器材为天平。 (2)以小车、砝码和砝码盘组成系统为研究对象，平衡摩擦力后，系统所受合外力做的功为W＝mgxAB，匀变速直线运动的某段时间内，中间时刻瞬时速度等于平均速度，则vA＝＝＝·f，vB＝＝＝·f，其动能变化量为ΔEk＝(M＋m)v－(M＋m)v＝(M＋m)f2(x－x)。 [答案]　(1)天平　(2)mgxAB　(M＋m)f2(x－x) 2．为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案： 第一步：把带有定滑轮的木板(有滑轮的)一端垫起，把质量为M的滑块通过细绳跨过定滑轮与质量为m的重锤相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示。 第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示。打出的纸带如图丙所示。 甲　　　　　　　　　　乙 丙 请回答下列问题： (1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为Δt，根据纸带求滑块速度，打点计时器打B点时滑块速度vB＝________。 (2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块________(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W合＝_____________________________。 (3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴、W为横轴建立坐标系，描点作出v2­W图象，可知该图象是一条______________，根据图象还可求得________________。 [解析]　(1)匀变速直线运动中，时间中点的瞬时速度等于该过程中的平均速度，因此有：vB＝。(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x，由动能定理可以知道W合＝ΔEk，即mgx＝ΔEk。(3)合外力做的功为W＝mgx＝Mv2，即：v2＝W，v2­W图象应该为一条过原点的直线，设图象的斜率为k，则k＝，得滑块质量M＝，还可以求得滑块的质量M。 [答案]　(1)　(2)下滑的位移x　mgx　(3)过原点的直线　滑块的质量M 3．某实验小组利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统探究“外力做功与小车动能变化的关系”。实验时将小车拉到水平轨道的O位置由静止释放，在小车从O位置运动到A位置(未标出)过程中，经计算机处理得到了弹簧弹力与小车位移的关系图线如图(b)所示，还得到了小车在A位置的速度大小vA；另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器)的总质量为m。回答下列问题： (a) (b)　　　　　　　　　(c) (1)小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W＝________，小车的动能改变量ΔEk＝________。(用m、vA、FO、FA、xA中各相关物理量表示) (2)若将弹簧从小车上卸下，给小车一初速度v0，让小车从轨道右端向左端滑动，利用位移传感器和计算机得到小车的速度随时间变化的图线如图(c)所示，则小车所受轨道摩擦力的大小Ff＝________。(用m、v0、tm中各相关物理量表示) (3)综合步骤(1)、(2)，该实验所要探究的“外力做功与小车动能变化的关系”表达式是_____________________。 (用m、vA、FO、FA、xA、v0、tm中各相关物理量表示) [解析]　(1)在F­x图象中，相应图形面积表示力F做的功，小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W＝(FO＋FA)xA，小车的动能改变量ΔEk＝mv。 (2)由题图(c)可知，小车的加速度大小为a＝，则根据牛顿第二定律可知，小车所受轨道摩擦力的大小Ff＝m。 (3)该实验所要探究的“外力做功与小车动能变化的关系”表达式是WF－Wf＝mv， 即：(FO＋FA)xA－m