届高考物理一轮复习 实验5 探究动能定理文档格式.docx

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橡皮筋

做的功

Wn（J）

10个间隔

均匀的点

的距离

s（m）

的时间

T（s）

小车获

得的末

速度

vn（m/s）

小车获得

的末速度

的平方

v

（m2/s2）

1

W1＝W

0.200

0.2

1.00

2

W2＝2W

0.282

1.41

1.99

3

W3＝3W

0.300

1.50

2.25

4

W4＝4W

0.400

2.00

4.00

5

W5＝5W

0.458

2.24

5.02

从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn∝________，请你运用表中的数据在如图S56所示的坐标系中作出相应的图像，以验证理论的正确性．

图S56

■注意事项

1．本实验中对小车做的功应该为合力做的功，实验中采用将木板倾斜的方法，使重力对小车做的功抵消摩擦力对小车做的功，则橡皮筋对小车的拉力做的功即合力对小车做的功．

2．小车的速度是橡皮筋做功结束时的速度，小车先加速后匀速，根据打点纸带可求解小车匀速运动的速度．

3．以一条橡皮筋拉动小车做的功为做功单位，作出橡皮筋对小车做的功W随小车获得的速度v变化的图像（Wv图像、Wv2图像、Wv3图像），分析图像探究橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度v之间的关系．

考向二　　　恒力功探究

2[2015·

兰州高考实战]某同学为探究合外力做功与物体动能改变的关系，设计了如下实验，操作步骤为：

①按图S57甲摆好实验装置，其中小车质量M＝0.20kg，钩码总质量m＝0.05kg.

②先接通打点计时器的电源（电源频率为f＝50Hz），然后释放小车，打出一条纸带．

图S57

（1）他在多次重复实验得到的纸带中选取出自认为满意的一条，如图乙所示，把打下的第一个点记作0，选取点迹清晰的三个相邻计数点标记为1、2、3（相邻计数点间还有4个点未画出），用刻度尺测得计数点1、2、3到0点的距离分别为d1＝25.6cm，d2＝36.0cm，d3＝48.0cm.他把钩码重力作为小车所受合外力（g取9.8m/s2），算出打下0点到打下点2过程中合力做功W＝______J，把打下点2时小车的动能作为小车动能的改变量，计算结果为______J．（结果保留三位有效数字）

（2）根据此次实验探究的结果，他并没能得到“合外力对物体做的功等于物体动能的增量”的结论，且误差较大．你认为产生这种情况的原因可能是________________________________________________________________________．（写出一条即可）

式题[2015·

河北石家庄质量检测]某实验小组用如图S58甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功．实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动．图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点（图中未标出），计数点间的距离如图乙所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz.

图S58

（1）可以判断纸带的________（填“左端”或“右端”）与木块连接．根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度vA、vB，其中vA＝________m/s.（结果保留两位有效数字）

（2）要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还应测量的物理量是________．

A．木板的长度lB．木块的质量m1

C．木板的质量m2D．重物的质量m3

E．木块运动的时间tF．AB段的距离xAB

（3）在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的关系式为WAB＝________．（用vA、vB和第

（2）问中测得的物理量的字母表示）

　考点二　拓展实验创新

3某学习小组利用如图S59所示的装置验证动能定理．

图S59

（1）将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s＝________cm；

（2）测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是________________________________________；

（3）该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？

______（填“是”或“否”）．

东莞模拟]利用如图S510甲实验装置探究外力做功与小球动能变化的定量关系．小钢球在重力作用下从静止自由下落至光电门，某同学实验如下：

图S510

A．用天平测定小钢球的质量为0.10kg

B．用游标卡尺测出小钢球的直径如图乙所示

C．用直尺测出电磁铁下端到光电门的距离为81.6cm（光电门处可看成一几何点）

D．电磁铁先通电，让小钢球吸在电磁铁下端

E．让电磁铁断电，小钢球自由下落

F．在小钢球经过光电门时，计时装置记下小钢球经过光电门所用的时间为3.00×

10－3s

回答下列问题：

（g取10m/s2，计算结果保留三位有效数字）

（1）小钢球的直径为________cm；

（2）小钢球经过光电门时的平均速度为________m/s，其对应的动能为________J；

（3）本实验中小钢球重力做功应取下落的高度为______cm,其对应的重力做的功为________J；

（4）根据以上的数据得出本实验的结论为：

________________________________________.

1．[2015·

山西晋城三模]探究“功与物体速度的关系”实验装置如图S511所示，以下说法不正确的是（　　）

图S511

A．在改变橡皮筋的条数时，橡皮筋伸长的长度必须一致

B．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

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．本实验是探究橡皮筋对小车做的功与小车的速度之间是否存在W∝v2关系

2．为了探究功与物体速度变化的关系，现提供如图S512所示的器材，请思考探究思路并回答下列问题：

图S512

（1）为了消除摩擦力的影响，应采取的措施：

______________________________________；

（2）在某次实验中某同学得到了如图S513所示的一条纸带，在B、C、D三个计数点中应该选用____________（选填“B”“C”或“D”）点的速度才符合实验要求，因为_________________________________________________________________________.

图S513

（3）本实验选用的纸带有明显的误差，这是由于________的原因造成的．

图S514

3．[2015·

揭阳二模]某实验小组利用拉力传感器、光电门等器材探究动能定理．实验装置如图S514所示，在滑块上安装一遮光条与拉力传感器，把滑块放在水平气垫导轨上并静止在A处，并通过绕过定滑轮的细绳与钩码相连，光电门安装在B处．测得滑块（含遮光条和拉力传感器）质量为M，钩码总质量为m，A、B之间的距离为L，当地的重力加速度为g.将滑块在图示A位置由静止释放后，拉力传感器记录下滑块在运动过程受到的拉力为F，光电计时器记录下遮光条通过光电门的时间为Δt.

（1）实验中是否要求钩码总质量m远小于滑块质量M________（填“是”或“否”）；

（2）实验中还需要测量的物理量是________________（用文字及相应的符号表示）；

（3）本实验中探究动能定理的表达式为________________（用以上对应物理量的符号表示）；

（4）为减少实验误差，可采取的方法是________．

A．增大A、B之间的距离L

B．减小A、B之间的距离L

C．增大遮光条的宽度d

D．减小遮光条的宽度d

4．[2015·

宝安模拟]利用如图S515所示装置可以做力学中的许多实验．

图S515

（1）以下说法正确的是（　　）

A．利用此装置做“研究匀变速直线运动”的实验时，必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力的影响

B．利用此装置探究“加速度与质量的关系”并用图像法处理数据时，如果画出的am关系图像不是直线，就可确定加速度与质量成反比

C．利用此装置做“探究功与速度变化的关系”的实验时，应将木板带打点计时器的一端适当垫高，这样做的目的是利用小车重力沿斜面的分力补偿小车运动中所受阻力的影响

（2）小华在利用此装置做“探究加速度a与力F的关系”的实验时，因为不断增加所挂钩码的个数，导致钩码的质量远远大于小车的质量，则小车加速度a的值随钩码个数的增加将趋近于________的值．

5．[2015·

辽宁沈阳模拟]某小组在“探究合力做功与动能改变的关系”的实验中，将力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线通过一个定滑轮与小桶相连，力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平轨道上A、B两点各固定一个光电门，如图S516所示．在小车上放置砝码来改变小车质量，改变小桶中沙子的质量来改变拉力的大小．

图S516

（1）实验中要将木板不带滑轮的一端适当垫高，使不挂小桶时小车近似做匀速直线运动．这样做目的________．

A．是为了挂上小桶释放小车后，小车能匀加速下滑

B．是为了增大小车下滑的加速度

C．可使得细线拉力做的功等于合力对小车做的功

D．是为了计算小车重力所做的功

（2）实验主要步骤如下：

①测量小车、砝码、遮光片和拉力传感器的总质量M，遮光片的宽度为d，光电门A和B的中心距离为s.把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与小桶相连．

②接通电源后释放小车，小车在细线拉力作用下运动，记录细线拉力F及小车通过光电门A和B的遮光时间分别是t1和t2，在遮光片通过光电门A和B的过程中，小车、砝码和拉力传感器及遮光片组成的系统所受的合外力做功W＝________，该系统的动能增加量ΔEk＝________．（W和ΔEk用F、s、M、t1、t2、d表示）

③在小车中增加砝码，或在小桶中增加沙子，重复②的操作．

（3）处理实验数据，可得ΔEk、W多组数值，在方格纸上作出ΔEkW图线如图S517所示，由图可得到的结论是__________________________________________________．

图S517

6．[2015·

云南昆明模拟]某实验小组用如图S518所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”实验，在实验中，该小组同学把沙和沙桶的总重力当作小车受到的合外力．

图S518

（1）除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有________．

（2）如图S519所示为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究动能定理，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，沙和沙桶的总质量为m，请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来________．

图S519

【实验器材】

打点计时器　橡皮筋

【考点互动探究】

考点一　实验原理与数据处理

例1　

（1）C　

（2）1.22　（3）D

[解析]

（1）调整木板的倾斜程度，使重力做的正功和摩擦力做的负功恰好互相抵消，则橡皮筋对小车做的功就是合外力对小车做的功，选项C正确；

（2）由打点纸带可得小车匀速运动的速度v＝

＝

＝1.22m/s；

（3）由动能定理可知，质量为m的小车由静止被加速，合外力对小车做的功与小车的速度之间满足W＝

mv

，函数关系为v

，v

W图像为过原点的直线，只有图D正确．

变式题　

（1）刻度尺　

（2）把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力　（3）每相邻两点之间距离相等（或点分布均匀）　（4）v

　图像如图所示

[解析]

（1）要计算某点速度的大小，必须要测量纸带上计数点间的距离，除了题图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材是刻度尺．

（2）实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力．

（3）小车最终做匀速运动，因此应选用相邻两计数点间隔相等的部分．

（4）根据动能定理可知，从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn∝v

；

以Wn为纵坐标，以v

为横坐标，用描点法作图，图像是过原点的直线，说明Wn∝v

.

例2　

（1）0.176　0.125　

（2）钩码质量太大或没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时木板倾角过小

[解析]

（1）从打“0”点到打“2”点过程中合力做功W＝mgd2＝0.05×

9.8×

0.360J≈0.176J；

计数点间的时间间隔T＝0.02s×

5＝0.1s，做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，打点“2”的速度v2＝

＝1.12m/s，打“2”点时小车的动能即小车动能的改变量ΔEk＝

Mv

＝0.125J；

（2）由第

（1）问的计算结果知，钩码对小车做的功比小车获得的动能大，可能的原因有：

①钩码质量太大，细线对小车的拉力明显小于钩码的重力，导致合外力对小车做功的测量值比真实值偏大太多；

②没有平衡摩擦力，导致合外力对物体做功的测量值比真实值偏大太多．

变式题　

（1）右端　0.72　

（2）B　（3）

m1（v

－v

）

[解析]

（1）重物落地后木块做匀减速运动，可判断纸带右端与木块连接；

纸带上两计数点时间间隔T＝0.10s，A点速度vA＝

＝0.72m/s；

（2）重物落地后，摩擦力对木块所做的功WAB＝

m1v

－

），所以应测量木块的质量m1；

（3）关系为WAB＝

）．

考点二　拓展实验创新

例3　

（1）50.00　

（2）滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M　（3）否

[解析]

（1）两光电门中心之间的距离

s＝70.30cm－20.30cm＝50.00cm.

（2）由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．

（3）由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．

变式题　

（1）1.20　

（2）4.00　0.800　（3）81.0　0.810

（4）在误差允许的范围内，小球下落过程中外力做功与动能变化量相等

[解析]

（1）小钢球的直径d＝12mm＋0.1mm×

0＝12.0mm＝1.20cm；

（2）平均速度v＝

m/s＝4.00m/s，动能Ek＝

mv2＝0.800J；

（3）小钢球下落的高度为h＝81.6cm－0.60cm＝81.0cm，重力做的功W＝mgh＝0.810J；

（4）实验的结论：

小球下落过程中，在误差允许的范围内，外力做功与动能变化量相等．

【教师备用习题】

1．某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，提出以下几种猜想：

①W∝v，②W∝v2，③W∝

……他们的实验装置如图甲所示，PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器（用来测量物体每次通过Q点的速度）．在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体的初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议．

（1）本实验中不需要测量物体质量的理由是什么？

（2）让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体的初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4……读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1、v2、v3、v4……并绘制了如图乙所示的Lv图像．根据绘制出的Lv图像，若为了更直观地看出L和v的变化关系，他们下一步应该作出（　　）

A．Lv2图像

B．L

图像

C．L

D．L

[答案]

（1）略　

（2）A

[解析]

（1）因为W＝ΔEk，而W＝mg（sinθ－μcosθ）L，ΔEk＝

mv2，等式两边都有m，所以探究W与v的关系可以不用测量质量m；

（2）由于题图乙是关于“Lv”的图像，该图像为曲线，不便于直观地看出L和v的变化关系．所以，下一步应作出Lv2的图像，选项A正确．

2．某同学在实验室用如图所示的装置来研究有关做功的问题．

（1）如图甲，在保持M≫m条件下，可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力，在控制小车的质量不变的情况下进行实验．在实验中，该同学先接通打点计时器的电源，再放开纸带，已知交流电的频率为50Hz.图乙是在m＝100g、M＝1kg情况下打出的一条纸带：

O为起点，A、B、C为过程中的三个相邻的计数点，相邻的计数点之间有四个点没有标出，有关数据如图乙所示，则打B点时小车的动能为________J，从开始运动到打下B点时，绳的拉力对小车做的功W＝________J．（保留2位有效数字，g取9.8m/s2）

（2）在第

（1）问中绳的拉力对小车做的功W大于小车获得的动能Ek，请你举出导致这一结果的主要原因________________________________________________________________.（写出一种即可）

[答案]

（1）0.50　0.51　

（2）略

[解析]

（1）vB＝

＝0.998m/s，小车在B点的动能EkB＝

≈0.50J，拉力对小车做功W＝FxOB＝mgxOB≈0.51J；

（2）拉力对小车做的功W大于小车获得的动能Ek的原因可能是实验过程没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时长木板倾角过小，或运动过程受到的空气阻力及纸带受到打点计时器的摩擦力过大，或沙与沙桶的重力大于绳的拉力，或打点计时器所用的电源频率不稳定．

【课时巩固训练】

1．B　[解析]为了保证每条橡皮筋对小车做功相同，所以每次实验中，橡皮筋拉伸的长度必须要保持一致，选项A正确；

本实验中小车先加速后匀速，所以利用均匀打点的纸带求出匀速的速度，选项B错误；

实验中如果没有平衡摩擦力或没有使木板倾斜或倾角太小，则在小车获得最大速度后由于摩擦阻力影响导致速度减小，出现“两端密、中间疏”现象，选项C正确；

本实验是探究橡皮筋对小车做的功与小车的速度之间是否存在W∝v2关系，选项D正确．不正确的选项为B.

2．

（1）将木板靠近打点计时器的一端适当垫高　

（2）C　打C点时的速度为小车运动的最大速度，此时橡皮筋的弹性势能完全释放，橡皮筋对小车的拉力做功结束　（3）没有平衡摩擦力或摩擦力没有被完全平衡

[解析]

（1）本实验应满足橡皮筋对小车的拉力等于小车受到的合力，所以实验前应用木块将木板靠近打点计时器的一端适当垫高，使小车在不受拉力时能沿木板匀速运动，以消除摩擦力对实验的影响；

（2）本实验的目的是探究橡皮筋拉力对小车做的功与小车速度变化的关系，应测量橡皮筋的拉力做功后橡皮筋的弹性势能完全释放完毕时小车的最大速度，选用小车匀速运动段（计数点均匀的部分），即应计算小车经过C点时的速度．（3）“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，打点计时器打出的纸带应该先逐渐变疏后均匀不变，本实验给出的打点纸带有明显的误差，这是由于摩擦力没有被完全平衡．

3．

（1）否　

（2）遮光条的宽度d　（3）FL＝

　（4）AD

[解析]

（1）拉力是直接通过传感器测量的，与小车质量和钩码质量大小关系无关，故不需要钩码总质量m远小于滑块质量M；

（2）由于遮光条的宽度很小，通过光电门的时间也很短，故遮光条通过光电门的平均速度可以表示瞬时速度，则滑块通过B点的速度vB＝

，需要用刻度尺测量遮光条的宽度d；

（3）拉力做功W＝FL，动能的增加量ΔEk＝

－0＝

M

，所以本实验中探究动能定理的表达式为FL＝

（4）由表达式FL＝

知，实验误差来自长度和速度的测量，可以通过增大A、B之间的距离L或减小遮光片的宽度d来减小误差，选项A、D符合题意．

4．

（1）C　

（2）重力加速度

[解析]

（1）“研究匀变速直线运动”的实验只需加速度恒定即可，对摩擦力是否存在没要求，选项A错误；

“探究加速度与质量的关系”的实验中绘制的图像一般是a

图像，选项B错误；

“探究功与速度变化的关系”的实验中让细绳拉力等于合力，需要平衡摩擦力，选项C正确．

（2）由牛顿第二定律知，mg＝（M＋m）a，若m≫M，则a≈g.

5．

（1）C　

（2）②Fs　

Md2

　（3）在误差允许的范围内，拉力（合力）对小车系统所做的功等于系统动能的改变量

[解析]

（1）不挂小桶小车做匀速直线运动时，小车受到的摩擦力及纸带的阻力被重力的下滑分力平衡，则挂上小桶时细线的拉力等于小车受到的合力，选项C正确．

（2）②小车系统受到的合力等于细线的拉力，