实验 探究动能定理

实验探究动能定理
考点一实验原理与操作
在用如图所示的装置做“探究功与
速度变化的关系”的实验时，下列说法正确的是
()
A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动
B．为简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样
C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值
D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值
E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源
F．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度
G．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度
如图所示，用橡皮筋拉动小车的装置，探究做功与物体速度变化的关系，回答下面问题：
(1)长木板稍微倾斜的目的是__________________________，对倾斜角度的要求是：小车无橡皮筋拉时恰能在木板上________；实验时，小车每次要被拉到________(选填“不同”或“同一”)位置松手；改变橡皮筋弹力做功的办法是靠增加系在小车上的________．
(2)如图所示是某次操作正确的情况下，在频率为50 Hz的电源下打点计时器记录的一条纸带，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________(填“A－F”或“F－I”)部分进行测量，速度大小为________ m/s.
(3)用图像法探究做功与物体速度变化的关系，分别试探画出W与v、W与v2、W与v3等间关系的图像，找出图像是________的那一组，从而确定功与速度的关系．
考点二 数据处理与误差分析
如图所示，是某研究性学习小组做探究动能定理的实验，图中是小车在一条
橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当我们把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，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出．
(1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有________．
(2)平衡摩擦后，每次实验得到的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；
(3)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次…实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；
n n n 根据表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图像验证理论的正确性．
(2017·潍坊模拟)用图1所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验．
(1)若将木板水平放置，小车在橡皮筋作用下加速，当小车刚好达到最大速度时，下列说法正确的是________(填写选项前的字母标号)
A．橡皮筋处于原长状态
B．橡皮筋仍处于伸长状态
C．小车恰好过两个铁钉的连线
D．小车已过两个铁钉的连线
(2)若将木板带有打点计时器的一端适当垫高，利用小车沿斜面的重力分量消除掉阻力的影响，再进行正确的实验操作，获得实验所需的纸带．在图2两条纸带中，最符合实验事实的是________(填写纸带下方的字母标号)
(3)若将一根橡皮筋对小车做的功记为W0，两条、三条…同样的橡皮筋并在一起拉伸同样的长度对小车做的功记为2W0、3W0…，计算出小车对应的最大速度v，取Δv2＝v2－0，横坐标以W0为单位，绘出Δv2­W图线，理论上是过原点的一条直线．但某次实验得到的图线却不过原点，如图3所示，造成这一偏差的原因是：在垫高木板带有打点计时器一端时，木板的倾斜角度________(填“偏大”或“偏小”)
考点三 实验拓展与创新
(2017·江苏)利用如图1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 ＝200.0 g ，钩码的质量为m ＝10.0 g ，打点计时器的电源为50 Hz 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2所示．选择某一点为O ，一次每隔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v 1＝________ m/s.
(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g ＝9.80 m/s 2，利用W ＝mgΔx 算出拉力对小车做的功W.利用E k ＝1
2Mv 2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔE k .计算结果见下表．
k (4)实验结果表明，ΔE k 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 ＝________．
(2018·四川模拟)图1为“探究合力功与物体动能变化的关系”的实验装置，只改变重物的质量进行多次实验，每次小车都从同一位置A由静止释放．请回答下列问题：
(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度d，其示数如图2所示，则d＝________ mm.
(2)平衡摩擦力时，________(填“要”或“不要”)挂上重物．
(3)实验时，________(填“需要”或“不需要”)满足重物的总质量远小于小车的总质量(包括拉力传感器和遮光条)．
(4)设小车的总质量M，重物的质量m，遮光条通过光电门的时间t，小车的位移L，拉力传感器的示数F，需要测量的物理量是：_________
A．M、m、L、d B．F、M、L、d、t C．F、m、L、d、t D．F、M、L、d
(5)在实验误差允许范围内，关系式________成立．(用测量的物理量表示)
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v A；另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器)的总质量m.
回答下列问题：
(1)由图(b)可知：图(a)中A位置到力传感器的距离________(填“小于”“等于”或“大于”)弹簧原长；
(2)在小车从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ΔE k＝________；(表达式用题中已知物理量的符号表示)
(3)甲同学在分析实验数据后，还补充了如下实验：将弹簧从小车上卸下，给小车一初速度，让小车从轨道右端向左端运动，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，则他要探究关系式________是否成立；(关系式用题中已知物理量的符号表示)
(4)乙同学反思整个实验过程提出了自己的方案：在实验开始时，小车不连接弹簧，将图(a)中轨道________(填“左”或“右”)端垫高至合适位置，让小车在轨道上获得一初速度开始运动，若计算机监测到的小车位移－时间图线是________，即表明轨道倾角调整到位，再实施题中所述实验步骤，而无需做甲同学补充的实验．
(2018·南昌一模)某同学设计利用如图所示的实验装置来进行“探究功与速度的变化关系”的实验，斜槽倾斜部分可自由调节，将一木板竖直放置并固定，木板到斜槽末端O的距离为s，使小球从斜槽上某点由静止释放，小球从O点做平抛运动击中木板时下落的高度为y.
(1)小球离开O点的速度为________．
(2)为了测出小球与轨道之间的摩擦力所做的功，可将斜槽慢慢调节至小球能在斜槽上做匀速直线运动，记下此时斜槽倾角为θ，则小球与斜槽间的动摩擦因数μ＝________．取斜面上某点为标记点，标记点到O点的水平距离为x，则小球在轨道上运动过程中克服摩擦力做功为W f＝________(小球与各接触面间动摩擦因数相同)；
(3)抬高斜槽，保持标记点与O点的水平距离x不变，将小球在标记点处静止滑下，多次重复试验可以得出，小球从标记点到O点的过程中重力做功W与y的关系式应为________．
(2018·安徽模拟)某同学设计如图所示装置来探究
动能定理．带有水平部分的斜槽固定在地面上，斜槽面倾角为θ，在
E点与水平部分平滑连接．水平部分高度为H，末端F点在水平地面
上的投影点记为O点．O点右侧铺一张白纸，上面铺上复写纸以记录
落点位置．先让可视为质点的滑块从斜槽面上的某一点释放，恰好运动到F点，该释放点记为M点．在斜槽上作出N、P、Q点，且MN＝NP＝PQ.然后分别让滑块从N点、P点、Q点由静止释放落到水平地面白纸上的A1、A2、A3点．已知斜槽面各处粗糙程度相同．则
(1)利用“倍增法”来探究动能定理的过程中，斜槽面的倾角θ，斜槽水平部分的高度H 是否必须测量________(填“是”或“否”)？在实验误差允许的范围内，满足OA1∶OA2∶OA3＝________，动能定理得到验证．
(2)若斜槽的倾角θ，桌面高度H在实验前已被测定．有人想借助该装置测定斜槽面与滑块间的动摩擦因数μ，必须要测定的物理量________．
A．滑块质量
B．当地的重力加速度g
C．释放点到M点的距离x1
D．滑块落地点到O点的距离x2。