夯基提能作业本.docx
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夯基提能作业本
第5讲 实验：
究动能定理
基础巩固
1.（2016北京东城期中,18）某兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率,进行了如下实验:
①用天平测出电动小车的质量为0.4kg;
②将电动小车、纸带和打点计时器按如图所示安装;
③接通打点计时器（其打点周期为0.02s）;
④使电动小车以额定功率加速运动,达到最大速度一段时间后关闭小车电源,待小车静止时再关闭打点计时器（设在整个过程中小车所受的阻力恒定）。
在上述过程中,打点计时器在纸带上所打的点迹如图甲、图乙所示,图中O点是打点计时器打的第一个点。
请你分析纸带数据,回答下列问题。
（1）该电动小车运动的最大速度为 m/s;
（2）该电动小车运动过程中所受的阻力为 N;
（3）该电动小车的额定功率为 W。
2.在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲）:
甲
①下列说法哪一项是正确的 。
（填选项前字母）
A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上
B.为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量
C.实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放
②图乙是实验中获得的一条纸带的一部分,选取O、A、B、C计数点,已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz,则打B点时小车的瞬时速度大小为 m/s（保留三位有效数字）。
乙
综合提能
3.（2017北京朝阳期中,16,10分）某同学利用如图甲所示的实验装置探究合力做功与动能变化之间的关系。
甲
（1）除了图示的实验器材,下列器材中还必须使用的是 。
A.直流电源
B.刻度尺
C.停表
D.天平（含砝码）
（2）实验中需要通过调整木板倾斜程度以平衡摩擦力,目的是 。
A.使小车能做匀加速运动
B.增大细线对小车的拉力
C.使细线对小车做的功等于合外力对小车做的功
（3）为了使绳子的拉力约等于钩码的总重力,需要确保钩码的总质量远远小于小车的质量。
实验时,先接通电源,再释放小车,得到图乙所示的一条纸带。
在纸带上选取三个计
数点A、B、C,测得它们到起始点O的距离分别为sA、sB、sC,相邻计数点间的时间间隔为T,已知当地重力加速度为g,实验时钩码的总质量为m,小车的质量为M。
从O到B的运动过程中,拉力对小车做功W= ,小车动能变化量ΔEk= 。
乙
（4）另一位同学在本实验中,也平衡了摩擦力,并打出了一条纸带,但钩码的总质量m没有远远小于小车的质量M,在处理数据时,他仍然取细线的拉力约等于钩码的总重力。
该同学采用图像法进行数据分析:
在纸带上选取多个计数点,测量起始点O到每个计数点的距离,并计算出每个计数点对应的小车速度v以及从O点到该计数点对应的过程中细线拉力所做的功W,描绘出v2-W图像。
请你根据所学的知识分析说明:
该同学所描绘的v2-W图像应当是直线还是曲线（不考虑空气阻力影响）。
4.某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。
此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。
组装的实验装置如图所示。
①若要完成该实验,必需的实验器材还有哪些 。
②实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。
他这样做的目的是下列的哪个 （填字母代号）。
A.避免小车在运动过程中发生抖动
B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰
C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动
D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
③平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点计算小车速度。
在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决办法:
。
④他将钩码重力做的功当做细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。
这一情况可能是下列哪些原因造成的 （填字母代号）。
A.在接通电源的同时释放了小车
B.小车释放时离打点计时器太近
C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉
D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力
5.如图1所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验:
图1
图2
①为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做 运动。
②连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图2所示的纸带。
纸带上O为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。
实验时小车所受拉力为0.2N,小车的质量为0.2kg。
请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk,补填表中空格（结果保留至小数点后第四位）。
O—B
O—C
O—D
O—E
O—F
W/J
0.0432
0.0572
0.0734
0.0915
ΔEk/J
0.0430
0.0570
0.0734
0.0907
分析上述数据可知:
在实验误差允许的范围内W=ΔEk,与理论推导结果一致。
③实验前已测得托盘质量为7.7×10-3kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为 kg（g取9.8m/s2,结果保留至小数点后第三位）。
6.[2014北京朝阳一模,21
（2）]某实验小组采用如图甲所示的装置探究“合力做功与动能变化的关系”。
打点计时器工作频率为50Hz。
甲
实验的部分步骤如下:
a.将木板的左端垫起,以平衡小车所受的摩擦力;
b.在小车中放入砝码,纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;
c.将小车停在打点计时器附近,接通电源,释放小车,小车拖动纸带,打点计时器在纸带上打下一系列的点,断开电源;
d.改变钩码或小车中砝码的质量,更换纸带,重复b、c的操作。
①在小车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,钩码的重力做 功（填“正”或“负”）;
②图乙是某次实验时得到的一条纸带,他们在纸带上取计数点O、A、B、C、D和E,用分度值是毫米的刻度尺进行测量,读出各计数点对应的刻度值x,通过计算得到各计数点到O的距离s以及对应时刻小车的瞬时速度v。
请将C点对应的测量和计算结果填在表中的相应位置。
乙
计数点
x/cm
s/cm
v/（m·s-1）
O
1.00
0.00
0.30
A
2.34
1.34
0.38
B
4.04
3.04
0.46
C
5.00
D
8.33
7.33
0.61
E
10.90
9.90
0.70
③实验小组认为可以通过绘制Δv2-s图线来分析实验数据（其中Δv2=v2-,v是各计数点对应时刻小车的瞬时速度,v0是O点对应时刻小车的瞬时速度）。
他们根据实验数据在图丙中标出了O、A、B、D、E对应的坐标点,请你在该图中标出计数点C对应的坐标点,并画出Δv2-s图线。
丙
④实验小组计算了他们绘制的Δv2-s图线的斜率,发现该斜率大于理论值,其原因可能是 。
答案全解全析
基础巩固
1.
答案
（1）1.50
（2）1.60 （3）2.40
解析
（1）从纸带上的点迹分布可知小车先加速运动再匀速运动再减速运动,匀速运动时速度达最大值,vmax==m/s=1.50m/s。
（2）小车在匀减速运动阶段:
加速度的大小a=
=m/s2
=4m/s2,所以F=ma=1.60N。
（3）电动小车的额定功率:
P=Fvmax=1.6×1.50W=2.40W。
2.
答案 ①C ②0.653
解析 ①平衡摩擦力是使小车所受重力沿平行于板面方向上的分力与小车受的摩擦力相平衡,表现为不挂钩码时小车获得初速度后能匀速运动,故平衡摩擦力时必须去掉钩码进行调节,A错误;对钩码mg-T=ma,对小车T=Ma,解得T=·mg=,当m≪M时T才会约等于mg,B错误;小车从靠近打点计时器的位置由静止释放,才能在纸带上打下更多的点,才能更有效地利用纸带,C正确。
②打点周期T0==0.02s,由题图乙知相邻计数点间有5个打点周期,即相邻计数点间时间间隔T=5T0=0.1s。
则打B点时的瞬时速度vB==cm/s=0.653m/s。
综合提能
3.
答案
（1）BD
（2）C （3）mgsB
M（）2
（4）该同学所描绘的v2-W图像应当是直线。
设细线的拉力为F,小车发生位移为x时的速度大小为v,加速度大小为a,
根据牛顿第二定律,对于小车有:
F=Ma①
对于钩码有:
mg-F=ma②
本实验中:
W=mgx③
根据匀变速运动学公式有:
v2=2ax④
联立①②③④式可得:
W=（M+m）v2或v2=W
显然v2∝W,可见该同学所描绘的v2-W图像应当是直线
解析
（1）打点计时器不需要使用直流电源,A错误;由于需要测量小车的运动距离,所以需要刻度尺,B正确;由于打点计时器可以记录时间,所以不需要使用停表,C错误;小车的质量和钩码的总质量需要使用天平测量出来,D正确。
（2）小车受到重力、支持力、摩擦力和细线的拉力,要使拉力等于合力,必须使重力沿木板向下的分力与摩擦力平衡,才能尽量减小实验误差,使得细线对小车所做功即为合外力对小车所做的功,故A、B错误,C正确;（3）根据W=Fs得到从打点计器在纸带上打下O点到打下B点过程中拉力对小车做功W=mgsB;小车运动到打点计时器打下B点时的速度为vB=,所以小车动能变化量:
ΔEk=M（）2。
（4）见答案。
4.
答案 ①刻度尺、天平（包括砝码） ②D ③可在小车上加适量的砝码（或钩码） ④CD
解析 ①计算小车的动能变化需用天平测质量;在计算小车通过的位移、小车的瞬时速度时都需用刻度尺测距离。
②只有绳与板面平行时,才能保证小车运动中与板面间的压力不变,才能保证小车所受摩擦力不变,才能保证平衡摩擦力后绳的拉力等于小车所受合力,故D正确。
③要增加纸带上所打下点的数目,只有减小小车运动的加速度。
在所挂钩码数目不变的情况下只有增大小车的质量,即在车上增加砝码或钩码。
④当将钩码重力作为小车所受合力时,需满足几个条件:
一是摩擦力被平衡,二是绳与板面平行,此二者可保证绳对车的拉力等于车所受合力,但车加速运动时钩码加速下降,钩码重力大于绳上拉力,则只有当钩码质量远小于小车质量时二者才近似相等,故此情况可能是由C、D原因造成的。
5.
答案 ①匀速直线（或匀速） ②0.1115 0.1105
③0.015
解析 ①取下细绳与托盘后,当摩擦力恰好被平衡时,小车与纸带所受合力为零,获得初速度后应做匀速直线运动。
②由题图2可知=55.75cm,再结合vt/2=可得打下计数点F时的瞬时速度vF==1.051m/s,故W=F×=0.1115J,ΔEk=M≈0.1105J。
③根据牛顿第二定律有:
对小车F=Ma,得a=1.0m/s2;对托盘及砝码（m+m0）g-F=（m+m0）a,故有m=-m0=kg-7.7×10-3kg=0.015kg。
6.
答案 ①正 ②6.00 0.54 ③如图所示
④木板的左侧垫得过高
解析 ①由于钩码的重力方向是向下的,钩码又向下运动,故钩码的重力对整个系统做正功;②图乙中C点对应的刻度值为6.00cm,该点的瞬时速度为vC===0.54m/s;③C点对应的Δv2=-=（0.54m/s）2-（0.30m/s）2=0.2（m/s）2;s对应的是5.00cm,在丙图中描出该点,连线即可;④由于Δv2代表的是动能的变化,s代表的是合外力做的功,如果图线的斜率大于理论值,说明动能的变化大于合外力的功,可见除了合外力之外还有其他的力对小车做功,其原因可能就是平衡摩擦力时左侧垫得过高,小车本身的重力做功没有被我们考虑进去。
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