5-5-1-实验五 探究动能定理

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题组剖析
220 (1)图1中电火花计时器的工作电压是________V 的交流电。 (2)实验室提供的器材如下：长木板、小 车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、电 刻度尺 。 源等，还缺少的测量工具是________ (3)图1中小车上有一固定小立柱，如图2中给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减 A 小实验误差，你认为最合理的套接方式是________ 。 (4)在正确操作的情况下，某次实验所打的纸带如图3所示。打在纸带上的点并不都是均 GJ 匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的 ________ 部分进行测量 0.65 (根据纸带中字母回答)，小车获得的速度是________m/s 。(结果保留2位有效数字)
1 2 d Md2 1 2 (2)根据动能定理得 Fs＝ Mv ，v＝ ，联立解得 F＝ ( ) ，选定 F 作为纵坐标， 2 Δt 2 s Δt 1 2 则横坐标代表的物理量为( ) ，选项 D 正确。 Δt Md2 2ks (3)得出线性变化图象的斜率为 k，由 k＝ 解得 M＝ 2 。 2s d 答案 (1)2.558 2ks (2)D (3) 2 d
2 －2 2 －2 m · s m · s 1 2 －2 位m· s ，右侧 W 单位为 J。所以 k 的单位为 ＝ ＝ ，所以与斜 2 －2 J kg kg· m· s
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率有关的物理量是质量。 (5)该实验与教材实验不同，不是使用不同数量的橡皮筋，每次测量一个速度，而是重 物质量确定，一次实验中取不同位置的点，测量多个速度。设小车质量为 M，以重物与小 车整体为研究对象，则 a＝ ，设小车滑行 x 时速度为 v，则 v2－0＝2ax。可得 v2＝ m＋M 2 m＋M · mgx。实验中认为 W＝mgx，所以 v ＝
直接显示速度大小。
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例2 (2017· 北京理综，21)如图5所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在 长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探 究动能定理”的实验。
B (1)打点计时器使用的电源是________( 选填选项前的字母)。 A．直流电源 B．交流电源 A (2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是________( 选填选项前 的字母)。 A．把长木板右端垫高 B．改变小车的质量
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【变式训练1】 (2017· 廊坊模拟)某同学做探究合力做的功和物体速度变化的关系的 实验装置如图4甲所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。用1条橡皮筋时对 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。实验中小车获得的速度所打的纸带求出。 (1)木板水平放置，小车在橡皮筋作用下运动， 当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态 A 与小车所在的位置，下列说法正确的是________ 。 A．橡皮筋仍处于伸长状态 B．橡皮筋恰好恢复原长 C．小车紧靠着打点计时器 D．小车已超过两个铁钉的连线 (2)如图乙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 F～I 选填“A～F”或“F～ 一条纸带，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________( I”)部分进行测量，速度大小为________m/s 。 0.76 (3)通过该实验的正确操作和正确处理数据，应该得出合力做的功W和物体速度v变化 W∝v2 用本问中的字母表达)。 的关系是________(
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(1)A
(2)F～I
0.76
(3)W∝v2
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热点二 实验拓展创新 1．装置时代化
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2．求解智能化
(1)摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力→自由下落阻力减少→气垫导轨 减少摩擦力。 d (2)速度的测量方法： 匀速运动速度→测量纸带上各点速度→光电门 v＝ →速度传感器 Δt
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1 C． Δt
1 2 D．( ) Δt
(3)若正确选择横坐标所代表的物理量后，得出线性变化图象的斜率为k，且已经 测出A、B之间的距离为s，遮光条的宽度为d，则滑块质量(含遮光条和拉力传感器)
2ks d2 的表达式为M＝__________ 。
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解析
(1)根据螺旋测微器读数规则，遮光条的宽度 d＝2.5 mm＋0.058 mm＝2.558 mm。
轻放在气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动)。 (2)Δd＝5 mm＋0.05 mm× 10＝5.50 mm＝0.550 cm Δd 滑块匀速运动的速度 v＝ 。 Δt 1 2 (3)由动能定理可知，W＝ mv ，故画出的 W－v2 图象应是过坐标原点的一条倾斜直线。 2 答案 (1)将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气垫导轨之上，
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@《创新设计器的工作电压是 220 V 的交流电。
(2)处理实验数据时需要测量两计数点间的距离，因此还需要的器材是刻度尺。 (3)橡皮筋最合理的套接方式是 A， 以 A 的方式套接释放小车后， 橡皮筋不会影响小车的 运动。 (4)由图 3 的纸带可知，GJ 部分每两点间的距离相等，小车做匀速直线运动，因此应选 x 0.0 130 用纸带的 GJ 部分；小车获得的速度 v＝ ＝ m/s＝0.65 m/s。 t 0.02 答案 (1)220 (2)刻度尺 (3)A (4)GJ 0.65
注意事项 1．平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。 方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动， 找到木板一个合适的倾角。 2．选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运 动状态的点。 3．橡皮筋的选择：橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为 单位即可，不必计算出具体数值。
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高考模拟演练
1．某学习小组在“探究功与速度变化的关系” 的实验中采用了如图10所示的实验装置。 (1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整 气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是 将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动； _______________________________________ 。 或将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是 否匀速运动(其他方法正确均可) 0.550 (2)如图11示，游标卡尺测得遮光条的宽度Δd＝________cm 。实验时，将橡皮条挂在 滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定。现 测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为Δt，则滑块最后匀速 Δd 用字母表示)。 运动的速度表达式为________(
实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B x － x 3 1。 mgx 点的过程中，拉力对小车做的功W＝________ ，打B点时小车的速度v＝________ 2
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(4) 以 v2 为纵坐标， W 为横坐标，利用实验数据做出如 图7所示的v2－W图象。由此图象可得v2随W变化的表达 v2＝4.8W＋0.01 。根据功与能的关系，动能的 式为 ________________ 表达式中可能包含 v2 这个因子，分析实验结果的单位 质量 。 关系，与图线斜率有关的物理量应是________ (5)假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量 A 的条件，则从理论上分析，下图中正确反映v2－W关系的是________ 。
2.558 (1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图所示，则宽度为__________mm 。
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题组剖析
(2)多次改变钩码的质量(拉力传感器记录的读数 F 相应改变)， 测得多组 F 和 Δt 数据， D 要得到线性变化图象，若已知选定 F 作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为______ 。 A．Δt B．(Δt)
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热点一 教材原型实验
[例1] (2017· 温州模拟)如图1所示， 某同学在做“探究功与速度变化 的关系”的实验。当小车在1条 橡皮筋的作用下沿木板滑行时， 橡皮筋对小车做的功记为W。当 用2条、3条……橡皮筋重复实验 时，设法使每次实验中橡皮筋所 做的功分别为2W、3W…
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B 在不挂重物且________( 选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸 带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。 A．计时器不打点 B．计时器打点 (3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为 O。在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T， 测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……，如图所示。
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解析
(1)平衡摩擦力后，橡皮筋的拉力等于小车受到的合力，橡皮筋做功完毕，
小车的速度最大。若不进行平衡摩擦力操作，则当橡皮筋的拉力等于摩擦力时，速度 最大，本题中木板水平放置，显然没有进行平衡摩擦力的操作，因此当小车的速度最 大时，橡皮筋仍处于伸长状态，故选项 B、C、D 错误，A 正确。 (2)小车在橡皮筋的作用下先做加速运动，橡皮筋做功完毕，则速度达到最大，此 后做匀速运动，因此匀速时的速度，即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得 0.015 2 的速度，应选用纸带点距均匀的部分进行测量，即 F～I，所以速度为 v＝ m/s 0.02 ＝0.76 m/s。 (3)所以 W 与 v2 成正比，即 W∝v2。 答案