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实验四:探究动能定理1.(2016·河南平顶山二模)某研究小组设计了一个实验,来探究自行车的初速度与其克服阻力做功的关系.实验的主要步骤是:①找一段平直的路面,并在路面上画一道起点线.②骑上自行车用较快速度驶过起点线时,从车把手处自由释放一团很容易辨别的橡皮泥.③车驶过起点线后就不再蹬自行车脚蹬,让车依靠惯性直线继续前进.④待车停下,记录自行车停下时的位置;⑤用卷尺量出起点线到橡皮泥落地点间的距离s、起点线到终点的距离L及车把手处离地高度h.若设自行车在行驶中所受的阻力为f并保持恒定.(1)自行车经过起点线时的速度v=.(用已知物理量和所测量得到的物理量表示)(2)自行车经过起点线后克服阻力做功W=.(用已知物理量和所测量得到的物理量表示)(3)多次改变自行车经过起点的初速度,重复上述实验步骤②~④,则每次只需测量上述物理量中的和,就能通过数据分析达到实验目的.2.(改编)某同学学了动能定理后提出:弹簧弹力对物体做的功W与物体在该弹簧弹力做功过程中通过的位移d之间会存在什么关系呢?为得到结论他设置了如图甲所示的实验:将一块长木块放在桌面并调制水平,橡皮筋一端固定在墙上,另一端被静止的小车拉长d,小车释放后沿长木板运动,并带动穿过打点计时器的纸带,如图甲.打点计时器电源的频率为50Hz,小车的质量为0.2kg,实验进行了三次,各次小车由静止开始运动的位置不同(即橡皮筋的伸长量不同),分别打出纸带,选择了三种类型的纸带,如图乙所示.甲乙(1)根据纸带数据完成下列表格,其中vmax为小车的最大速度.实验序号123dn(cm)51020vmax(m/s)(2)橡皮筋弹力做的功W与橡皮筋的伸长量d之间的函数关系是.3.(2016·湖南长德模拟)某学习小组用图甲所示的实验装置探究“动能定理”.他们在气垫导轨上安装了一个光电门B,滑块上固定一遮光条,滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连,传感器下方悬挂钩码,每次滑块都从A处由静止释放.甲乙(1)某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d,如图乙所示,则d=mm.(2)下列实验要求中不必要的一项是(请填写选项前对应的字母).A.应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量B.应使A位置与光电门间的距离适当大些C.应将气垫导轨调至水平D.应使细线与气垫导轨平行(3)实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变,改变钩码质量m,测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t,通过描点作出线性图象,研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系,处理数据时应作出的图象是(请填写选项前对应的字母).A.作出“t-F图象”B.作出“t2-F图象”C.作出“t2-图象”D.作出“-F2图象”4.(2016·河南焦作一模)某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理,图中光电门能记录挡光条通过该光电门所用的时间,请按照要求回答下面的问题.(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,则检查是否调平的方法是.在本实验中是否要满足砝码盘和砝码两者的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器三者的总质量M(填“是”或“否”).(2)在某次实验中,该学习小组记录了挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为Δt1和Δt2,并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力的大小F,并用天平测出滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M.已知实验过程中,滑块与定滑轮间的细绳一直处于水平状态,该小组的操作规范,则为了验证动能定理,还需要测定的物理量有(写出对应物理量的名称及其物理量符号),要验证的方程是(请用题中和所测定的物理量的符号表示).5.(原创)某同学学了动能定理后提出:弹簧弹力对物体做的功W与物体在该弹簧弹力做功过程中通过的位移x之间会存在什么关系呢?为得到结论他设置了如图所示的实验:在气垫导轨的一端固定有一轻质弹簧,实验时接通汽源,将带有挡光片的滑块压缩弹簧后静止释放滑块(弹簧恢复到原长时滑块还没到达光电门处),滑块通过光电门的时间Δt由数字计时器记录下来,实验步骤如下:①安装好实验器材,接通连接导轨的气泵,调节气垫导轨,使其处于水平位置.用天平测出滑块和遮光片的总质量.②用游标卡尺测量滑块上遮光片的宽度.③通过滑块压缩弹簧,并从导轨上的刻度尺测出其压缩量x,然后释放滑块.④记录挡光片通过光电门的时间Δt,并计算出滑块通过光电门时的动能Ek.⑤多次重复步骤③和④.实验中的实验数据下表所示:弹簧压缩量x/cm1.002.003.004.005.00每次实验时滑块的动能Ek/J0.0100.0410.0910.1600.250完成下列问题:(1)步骤①中如何确定气垫导轨已经调至水平位置:.(2)根据表中的数据做出你的猜想,并通过相关的方法证明你的猜想.6.(2016·安徽江南十校联考)某实验小组利用图示装置进行“探究动能定理”的实验,实验步骤如下:A.挂上钩码,调节长木板的倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动.B.打开速度传感器,取下轻绳和钩码,保持A中调节好的长木板倾角不变,让小车从长木板顶端静止下滑,分别记录小车通过速度传感器1和速度传感器2时的速度大小v1和v2.C.重新挂上细绳和钩码,改变钩码的个数,重复A到B的步骤.回答下列问题:(1)按上述方案做实验,长木板表面粗糙对实验结果是否有影响?(填“是”或“否”).(2)若要验证动能定理的表达式,还需测量的物理量有.A.悬挂钩码的总质量mB.长木板的倾角θC.两传感器间的距离lD.小车的质量M(3)根据实验所测的物理量,动能定理的表达式为.(重力加速度为g)7.(2016·四川广元统考)某实验小组要探究力对物体做功与物体获得速度的关系,选取的实验装置如图所示.实验主要步骤如下:(1)实验时,在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起,不断调整使木板倾斜合适的角度,轻推小车,使小车匀速下滑,这样做的目的是.(2)使小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出沿木板滑行,橡皮筋对小车做功为W;再用完全相同的2条、3条、…橡皮筋同时作用于小车,每次均由静止在(填“相同”或“不同”)位置释放小车,使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、…(3)分析打点计时器打出的纸带,分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、…,作出W-v图象,则下列符合实际的图象是(填字母序号).实验四:探究动能定理1.(1)s(2)fl(3)sl【解析】(1)由h=gt2,s=vt,解得v=s.(2)自行车经过起点线后克服阻力做功W=fl.(3)多次改变自行车经过起点的初速度,重复上述实验步骤②~④,则每次只需测量上述物理量中的s和l,就能通过数据分析达到实验目的.2.(1)2.004.008.00(2)W∝d2【解析】(1)从三条纸带可看出,小车开始做变加速直线运动,然后做匀速直线运动(当橡皮筋恢复原长时),当d1=20cm时,小车在T=0.02s内的位移是s1=0.16m,因此小车获得的最大速度为v1max==8.00m/s.当d2=10cm时,小车在T=0.02s内的位移是s2=0.08m,因此小车获得的最大速度为v2max==4.00m/s;当d3=5cm时,小车在T=0.02s内的位移是s3=0.04m,因此小车获得的最大速度为v3max==2.00m/s.(2)从能量的转化来说,小车最终获得的动能是由橡皮筋弹力做的功W转化来的,为此我们可以做出下表的猜测:W∝d、W∝d2.实验序号123dn(m)0.050.100.20(m2)0.00250.01000.0400橡皮筋弹力做的功W/J0.41.66.4由上表可数据分析可知W∝d2.3.(1)2.30(2)A(3)C【解析】(1)由读数规则可知读数为2.0mm+0.05×6mm=2.30mm.(2)因为拉力传感器直接测出拉力,故不需要使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量,A错误;应使A位置与光电门间的距离适当大些以便减小误差,故B正确;应将气垫导轨调至水平,使摩擦力为零,故C正确;应使细线与气垫导轨平行,保证合外力为细绳拉力,故D正确.所以不必要的一项是A.(3)由实验原理FL=mv2=m=m,可知应作出“t2-图象”,故C正确.4.(1)在不悬挂砝码盘及砝码的情况下,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及挡光条通过两光电门的时间相等否(2)挡光条的宽度d,两光电门之间的距离sFs=M-M【解析】(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,则检查是否调平的方法是在不悬挂砝码盘及砝码的情况下,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及挡光条通过两光电门的时间相等;由于拉力传感器直接测出细绳的拉力,故不需要满足砝码盘和砝码两者的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器三者的总质量M.(2)为了验证动能定理Fs=M-M,所以还需要测挡光条的宽度d和两光电门之间的距离s.5.(1)见解析(2)见解析【解析】(1)如果将气垫导轨调至某一位置后,轻推滑块,如果滑块刚好能够匀速运动,说明气垫导轨已水平.(2)由表中的数据分析可看出滑块的动能Ek与弹簧压缩量x的二次方成正比.为证明该猜想作出的Ek-x图象如下图所示.6.(1)否(2)ACD(3)mgl=M(-)【解析】小车在重力、斜面弹力、摩擦力、细线拉力作用下处于平衡状态,撤去钩码后小车的合外力等于钩码的重力,所以长木板表面粗糙对实验结果没有影响.需要测量的物理量有A、C、D.7.(1)平衡摩擦力(2)相同(3)D【解析】(1)实验时,在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起,不断调整使木板倾斜合适的角度,轻推小车,使小车匀速下滑,这样做的目的是为了平衡摩擦力.(2)使小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出沿木板滑行,橡皮筋对小车做功为W;再用完全相同的2条、3条、…橡皮筋同时作用于小车,每次均由静止在相同位置释放小车,使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、….(3)分析打点计时器打出的纸带,分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、…,由W=mv2,可知符合实际的图象是D.