1、1实验 5.2 探究动能定理考题实战 掌握高考脉搏1(2014 天津卷，9)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
2、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方法：_.(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，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2点较少，说明小车的加速度过大(即小车过快)，故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上
3、加上适量的砝码)；(4)在此实验中，根据牛顿第二定律可知，钩码的重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量；如果实验未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量，故选项 C、D 正确【答案】 (1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D (3)可在小车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD2(2016 四川卷，8)用如图所示的装置测量弹簧的弹性势能将弹簧放置在水平气垫导轨上，左端固定，右端在 O点；在 O点右侧的 B、 C位置各安装一个光电门，计时器(图中未画出)与两个光电门相连先用米尺测得 B、 C两点间距离 s，再用带有遮光片的滑块压缩弹簧到某位置 A，静止
4、释放，计时器显示遮光片从 B到 C所用的时间 t，用米尺测量 A、 O之间的距离 x.(1)计算滑块离开弹簧时速度大小的表达式是 _.(2)为求出弹簧的弹性势能，还需要测量 _.A弹簧原长B当地重力加速度C滑块(含遮光片)的质量(3)增大 A、 O之间的距离 x，计时器显示时间 t将 _.A增大 B减小 C.不变【答案】 (1) v (2)C (3)Bst3(2016 课标卷，22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量
5、和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能3图(a)(1)实验中涉及到下列操作步骤：把纸带向左拉直松手释放物块接通打点计时器电源向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是 _(填入代表步骤的序号)(2)图(b)中 M和 L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果打点计时器所用交流电的频率为 50 Hz.由 M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 _m/s.比较两纸带可知， _(填“ M”或“ L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大图(b)【答案】 (1) (2)1.29 M4(2017 北京卷，21)如图 1所示，用质量为 m的重物
6、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”的实验图 1(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4(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他阻力的影响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
7、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 2所示图 2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点的过程中，拉力对小车做的功 W _ ，打 B点时小车的速度 v _ .(4)以 v2为纵坐标， W为横坐标，利用实验数据作出如图 3所示的 v2W图象由此图象可得 v2随 W变化的表达式为 _ .根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v2这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是 _ .图 3(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上
8、分析，图 4中正确反映 v2W关系的是 _ .图 45速度等于 AC段的平均速度， vB .x3 x12T(4)根据图线，关系式写为 v2 kW b，在直线上取两点，如(1.410 2, 0.07)(8102, 0.38)，代入上式，解得 k4.7， b0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为 v24.7 W.把功的单位用基本单位表示，JNmkgm 2s2 ，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为 kg1 ，故与图线斜率有关的物理量应是质量变，选项 A正确【答案】 (1)B (2)A B (3) mgx2 (4) v24.7 W(4.5W5.0 W均认为正确) 质量 (5)Ax3 x12
9、T5(2017 江苏卷，10)利用如图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M200.0 g，钩码的质量为 m10.0 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所示，选择某一点为 O，依次每隔 4个计时点取一个计6数点用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x，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 v1 _m/s.(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取 g9.80 m/s2，利用 W mg x算出拉力对小车
10、做的功 W.利用 Ek Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量 Ek.计算结果见下表.12W/103 J 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 Ek/103J2.31 2.73 3.12 3.61 4.00请根据表中的数据，在下图中作出 EkW图象(4)实验结果表明， Ek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 _N.【解析】 (1)完全平衡摩擦力的标志是轻推小车，小车做匀速运动，打出纸带间隔相等(2)两计数点间的时间间隔 T50.02 s0.1 sv1 m/s0.228 m/s.x022T 2.06 2
11、.50 0.0120.1(3)确定标度，根据给出数据描点作图如图所示7由式解得 F0.093 N.【答案】 (1)小车做匀速运动 (2)0.228 (3)见解析图(4)0.093考法模拟 悟透破题之道6(2018 山东烟台高三上学期期中)某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中 A为小车， B为打点计时器， C为弹簧测力计， P为小桶(内有砂子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点(1)该同学在一条比较理想的纸带上，将点迹清晰的某点记为零点，顺次选取
12、一系列点，分别测量这些点到零点之间的距离 x，计算出它们与零点之间的速度平方差 v2 v2 v ，弹簧测力计的读数为 F，小20车的质量为 m，然后建立 v2x坐标系，通过描点法得到的图象是一条过原点的直线，如图乙所示，则这条直线的斜率的意义为 _(填写表达式)(2)若测出小车质量为 0.4 kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为 _N.【答案】 (1) (2)12Fm7. (2016湖南益阳高三月考)某同学利用自己设计的弹簧弹射器测量弹簧的弹性势能。装置如图所示，8水平放置的弹射器将质量为 m的静止小球弹射出去。测出小球通过两个竖直放置的光电门的时间间隔为t，甲、乙光电门间距为 L，忽略
13、一切阻力。(1)小球被弹射出的速度大小 v_，求得静止释放小球时弹簧弹性势能 Ep_；(用题目中的字母符号表示)(2)由于重力作用，小球被弹射出去后运动轨迹会向下有所偏转，这对实验结果_影响(选填“有”或“无”)。【答案】 (1) (2)无Lt mL22t28(2016湖南四市联考)如图是某小组验证动能定理的实验装置，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，通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、钩码的总质量为 m、遮光条的宽度为 d，当地的重力加速度为 g。当气垫导轨充气后，将滑块在图示 A位置由静止释放后，拉力传感器记
14、录的读数为 F，光电门记录的时间为 t。(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)测得 AB之间的距离为 L，则对滑块验证动能定理的表达式为_(用以上对应物理量的符号表示)；(3)为减少实验误差，可采取的方法是( )A增大 AB之间的距离9B减少钩码的总质量C增大滑块的质量D减少遮光条的宽度【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，则通过 B点的速度为 v ，拉力做功为： W FL，动
15、能的增加量为 Ek M( )2，故本实验中验d t 12 d t证动能定理的表达式为 FL M( )2；12 d t(3)由公式可知，实验误差来自长度的测量和速度的测量，为减小误差可以让 AB之间的距离 L增大或减小遮光片的长度，故 A、D 正确。【答案】 (1)否 (2) FL M( )2 (3)AD12 d t9(2016山东省日照市高三校际联考)在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，某探究小组的同学们通过讨论提出了以下几种猜想： W v， W v2， W ，。v为了验证猜想，他们设计了如图甲所示的实验装置。 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
16、 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，只要测出物体从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的质量，理由是什么？_。(2)让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初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 L v图象。根据绘制出的 L v图象，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 L 图象 B L 图象1v 1vC L 图象 D L v2图象v(3)本实验中，
17、木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？_。10【答案】 (1)因为 W Ek， W mg(sin cos )L， Ek mv2，等式两边都有 m，所以探究 W与12v的关系时可以不测量质量 m (2)D (3)不会10(2015广东省六校高三联考)与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况时的常用计时仪器，如图甲所示， a、 b分别是光电门的激光发射和接收装置。现利用如图乙所示的装置验证滑块所受外力做功与其动能变化的关系。方法是：在滑块上安装一遮光板，把滑块放在水平放置的气垫导轨上(滑块在该导轨上运动时所受阻力可忽略)，通过跨过定滑轮的细绳与钩码相连，连接好 1、2 两个光
18、电门，在图示位置释放滑块后，光电计时器记录下滑块上的遮光板先后通过两个光电门的时间分别为 t1、 t2。已知滑块(含遮光板)质量为 M、钩码质量为 m、两光电门间距为 s、遮光板宽度为 L、当地的重力加速度为g。(1)用游标卡尺(20 分度)测量遮光板宽度，刻度如图丙所示，读数为_ mm。(2)本实验想用钩码的重力表示滑块受到的合外力，为减小这种做法带来的误差，实验中需要满足的条件是 M_m。(填“大于”、“远大于”、“小于”或“远小于”)(3)计算滑块先后通过两个光电门时的瞬时速度的表达式为： v1_、 v2_。(用题中所给字母表示)(4)本实验中，验证滑块运动的动能定理的表达式为_。(用题
19、中所给字母表示)11【答案】 (1)5.70 (2)远大于 (3) L t1 L t2(4)mgs M( )2 M( )2(用 v1、 v2表示不扣分)12 L t2 12 L t111(2015石家庄质检)如图甲所示，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：乙(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，通过实验得到图乙所示的纸带。纸带上 O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为 0.1 s的相邻计数
20、点 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G。实验时小车所受拉力为 0.2 N，小车的质量为 0.2 kg。请计算小车所受合外力做的功 W和小车动能的变化 Ek。补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。OB OC OD OE OFW/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5 Ek/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内 W Ek，与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为 7.7103 kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为_kg( g取129.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)。【
21、答案】 (1)匀速直线(或匀速) (2)0.111 5 0.110 5 (3)0.01512某学习小组利用如图所示的装置探究动能定理(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 x _ 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 t1和 t2，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”)【答案】 (1)50.00 (2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量 (3)否13某实验小组采用如图
22、 1所示装置探究钩码和木块组成系统的动能定理。实验中，木块碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器的工作频率为 f。用天平测出木块的质量为 M，钩码的质量为 m。13图 1图 2（1）在实验操作过程中，小组某些成员认为：A连接电磁打点计时器的电源应是 012 V的低压直流电源B实验时，木块与钩码的质量一定要满足 M远大于 mC实验时，需要考虑到摩擦阻力D实验时，先接通电源让打点计时器打点，再释放木块让钩码拉着木块拖着纸带运动你认为以上合理的是_。(填写相应的字母)（2）如图 2所示是按照正确的实验步骤得到的一条纸带， O、 A、 B、 C、 D、 E为打点计时器连续打的六个点(O 为打下的
23、第一点)。用刻度尺测出 O到 D的距离为 s，则 D点的速度为_。(用 s、 f表示)（3）木块从静止释放滑行 s距离过程中，克服摩擦力做的功为_。(重力加速度为 g) 【答案】（1）CD （2） 2sf （3） 281fsmMgs14（2016辽宁省实验中学分校高三 12月月考）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，为使小车只在橡皮筋作用下运动，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，打开打点计时器，轻推小车，得到的纸带应该是 （填“甲”或“乙”）。14（2）使小车在一条橡皮筋的作用下由静止弹出，沿木
24、板滑行，这时橡皮筋对小车做的功为 W；（3）再用完全相同的 2条、3 条橡皮筋作用于小车，每次由静止释放小车时橡皮筋的 （填写相应实验条件），使橡皮筋对小车做的功分别为 2W、3 W（4）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（5）作出 W v图象，则下列符合实际的图象是 。A B C D【解析】（1）平衡摩擦力后，小车应做匀速运动，所以纸带应该是图乙；【答案】（1）乙；（3）伸长量（或形变量、长度等）都相同；（5）D15同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连；弹簧处于原长时，
25、小球恰好在桌面边缘，如图(a)所示向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放；小球离开桌面后落到水平地面通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能图(a)回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能 Ep与小球抛出时的动能 Ek相等已知重力加速度大小为 g.为求得 Ek，至少需要测量下列物理量中的 _(填正确答案标号)A小球的质量 mB小球抛出点到落地点的水平距离 sC桌面到地面的高度 h15D弹簧的压缩量 xE弹簧原长 l0 (2)用所选取的测量量和已知量表示 Ek，得 Ek _.(3)图(b)中的直线是实验测量得到的 s x图线从理论上可推出，如果 h不变， m增加， s
26、x图线的斜率会 _(填“增大”、“减小”或“不变”)；如果 m不变， h增加， s x图线的斜率会 _(填“增大”、“减小”或“不变”)由图(b)中给出的直线关系和 Ek的表达式可知， Ep与 x的 _次方成正比图(b)【解析】 (1)小球抛出时的动能 Ek mv ，要求得 v0需利用平抛知识， s v0t， h gt2.根据12 20 12s、 h、 g，求得 v0 s ，因此，需测量小球质量 m、桌面高度 h及落地水平距离 s.g2h【答案】 (1)ABC (2) (3)减小 增大 2mgs24h16（2016 浙江省嘉兴市一中高三上学期能力测试）某同学利用如图所示装置做 “探究功与速度变
27、化的关系”的实验。一轻质弹簧放在水平桌面上，左端与墙壁连接，右端与一小球接触不连接，弹簧旁边平行固定一直尺。从弹簧原长处向左推小球，使弹簧压缩 x后静止释放，小球离开桌面做平抛运动。记录小球的水平位移 s，改变弹簧的压缩量重复实验得到数据如下表所示弹簧压缩量 x/cm 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0弹簧对小球做功 W W 4W 9W 16W 25W 36Ws/cm 10.10 20.15 29.98 40.05 50.10 59.90s2 /cm2 （10 2） 1.020 4.060 8.988 16.04 25.10 35.8816s3 /cm3（10 3） 1.030 8
28、.181 26.95 64.24 125.8 214.9（1）为了提高实验的精确度，下列哪些操作方法是有效的 A同一压缩量多测几次，找出平均落点 B桌子必须保持水平并尽量光滑C小球球心与弹簧中轴线在同一直线上 D精确测量小球下落高度 （2）已知小球从静止释放到离开弹簧过程中，弹簧对小球做功与弹簧压缩量的平方成正比。判断 W与 s之间的函数关系，用表中数据作图，并给出功与速度之间的关系 。【解析】（1）弹簧被压缩具有弹性势能，释放小球之后，弹性势能转化为小球的动能，然后小球做平抛运动，在初速度为 tsv，由于竖直分位移即高度一定，则平抛运动的时间为定值，根据能量守恒： 可以得到：功与速度之间的关
29、系 Wv2。【答案】（1）ABC （2）作图正确给分，功与速度之间的关系 Wv2 1717（2016 黑龙江省大庆实验中学高三 12月考）某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，橡皮筋对小车做的功记为 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)，每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)电源(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是_A放开小车，能够自由下滑即可 B放开小车，能够匀速下滑即可C放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 D放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是_A橡皮筋处于原长状态 B橡皮筋仍处于伸长状态C小车在两个铁钉的连线处 D小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作的情况下，打在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(根据如图所示的纸带回答)【解析】18【答案】（1）交流，（2）D，（3）B，（4）GJ
