學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2021高三統(tǒng)考人教物理一輪（經(jīng)典版）學(xué)案：第5章實(shí)驗(yàn)五探究功與速度變化的關(guān)系含解析實(shí)驗(yàn)五探究功與速度變化的關(guān)系主干梳理對(duì)點(diǎn)激活1．探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系。1．改變功的大小:采用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，用1條、2條、3條…規(guī)格相同的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢糜伸o止釋放,橡皮筋拉力對(duì)小車所做的功依次為W、2W、3W…。2．測(cè)量速度的大?。盒≤嚝@得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出，也可以用其他方法測(cè)出。3．確定功與速度變化的關(guān)系：以橡皮筋對(duì)小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度的平方為橫坐標(biāo),作出W。v2圖線，分析這條圖線，可以得知橡皮筋對(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系。小車(前面帶小鉤）、長(zhǎng)木板(在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源（使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)不用學(xué)生電源）、導(dǎo)線、5～6條規(guī)格相同的橡皮筋、刻度尺.1．按實(shí)驗(yàn)原理圖將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好。2．平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊木塊,反復(fù)移動(dòng)木塊的位置，直至小車上不掛橡皮筋時(shí)，輕推小車,紙帶打出的點(diǎn)間距均勻，即小車能勻速運(yùn)動(dòng)為止。3．先用1條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格。4．用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中小車的釋放位置與第一次相同，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為2W，測(cè)出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格.5．用3條、4條…橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出相應(yīng)速度v3、v4…，并設(shè)橡皮筋對(duì)小車做的功為3W、4W…，將數(shù)據(jù)記入表格。1．測(cè)量小車的速度:實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度變化的關(guān)系，需要測(cè)量彈力做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)的速度，應(yīng)在紙帶上測(cè)量的物理量：A1、A3間的距離x，小車速度的表達(dá)式是v＝eq\f(x，2T)（T為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的時(shí)間間隔）。2．記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):把計(jì)算出的速度填入表格中并算出v2的值。橡皮筋條數(shù)橡皮筋的功/W速度v/(m·s－1）速度平方v2/（m2·s－2)3．?dāng)?shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上(如圖所示)畫(huà)出W。v2圖線（“W"以一條橡皮筋做的功為單位).4．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從圖象分析可知外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系為W∝v2。1．橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一,使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比。應(yīng)選用規(guī)格相同的橡皮筋.2．沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大帶來(lái)誤差。應(yīng)平衡摩擦力適當(dāng).3．利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí),測(cè)量不準(zhǔn)帶來(lái)誤差.應(yīng)多次測(cè)量x,求平均值。1．平衡摩擦力:將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡。方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動(dòng)，找到一個(gè)合適的傾角。2．選點(diǎn)測(cè)速:測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選點(diǎn)跡均勻部分的，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的區(qū)域來(lái)計(jì)算速度。3．規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時(shí)，力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計(jì)算出具體數(shù)值。4．開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且要先接通電源再釋放小車.5．選擇小車時(shí),小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些,使紙帶上打的點(diǎn)多一些.1．本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動(dòng)速度可以使用速度傳感器直接采集,比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較小。2．可以把長(zhǎng)木板換成氣墊導(dǎo)軌，省略平衡摩擦力的操作步驟，達(dá)到簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的目的。考點(diǎn)細(xì)研悟法培優(yōu)考點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)步驟例1某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。（1）下列敘述正確的是________。A．每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值B．每次實(shí)驗(yàn)中,橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致C．放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平D．先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出(2）實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)得到了一條如圖乙所示的紙帶。這條紙帶上的點(diǎn)距并不均勻,下列說(shuō)法正確的是________。A．紙帶的左端是與小車相連的B．紙帶的右端是與小車相連的C．利用E、F、G、H、I、J這些點(diǎn)之間的距離來(lái)確定小車的速度D．利用A、B、C、D這些點(diǎn)之間的距離來(lái)確定小車的速度(3）實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜,這樣做________.A．是為了釋放小車后,小車能勻加速下滑B．是為了增大小車下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力對(duì)小車做的功D．可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運(yùn)動(dòng)(4）若根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)畫(huà)出的W－v圖象如圖丙所示,根據(jù)圖線形狀,可知對(duì)W與v的關(guān)系符合實(shí)際的是圖丙中的________。嘗試解答(1）D__（2)BD__（3)CD__（4）C.(1)實(shí)驗(yàn)是為了探究W與v的關(guān)系，只要W成倍數(shù)增加即可，可采用相同規(guī)格不同條數(shù)的橡皮筋且拉到相同的長(zhǎng)度，這樣橡皮筋對(duì)小車做的功就有倍數(shù)關(guān)系，不必算出W的具體數(shù)值，故A、B錯(cuò)誤；為使橡皮筋拉力近似等于小車所受合外力，需要平衡摩擦力，故木板應(yīng)該是傾斜的，故C錯(cuò)誤；利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到打點(diǎn)紙帶時(shí)應(yīng)先接通電源，后讓紙帶運(yùn)動(dòng),故D正確.（2)紙帶右端點(diǎn)跡密集，故紙帶的右端是與小車相連的，要測(cè)量小車速度，應(yīng)該選用點(diǎn)跡間距均勻的部分，即應(yīng)選用紙帶的A、B、C、D部分進(jìn)行測(cè)量，故B、D正確,A、C錯(cuò)誤。（3)使木板傾斜，小車受到的摩擦力與小車所受重力沿木板的分量大小相等，在不施加拉力時(shí)，小車在斜面上受到的合力為零，小車可以在斜面上靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)；小車與橡皮筋連接后，小車所受到的合力等于橡皮筋的拉力，橡皮筋對(duì)小車做的功等于合外力對(duì)小車做的功，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確。(4)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，W與v2成正比,故W與v的圖象應(yīng)該是向上彎曲的曲線，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。［變式1］某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如圖所示,圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W。當(dāng)用2條、3條…完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次…實(shí)驗(yàn)時(shí)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致）,每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。（1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外,還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、刻度尺和________(填“交流”或“直流”）電源。（2）實(shí)驗(yàn)中,小車會(huì)受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦力，則下面操作正確的是(）A．放開(kāi)小車,能夠自由下滑即可B．放開(kāi)小車，能夠勻速下滑即可C．放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D．放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可（3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí),關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是（）A．橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)B．橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C．小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D．小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(4）在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的,為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測(cè)量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答）。答案(1）交流（2）D（3)B（4）GJ解析（1）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源。(2）平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開(kāi)拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可,D正確。（3）水平放置木板，放開(kāi)小車后，小車做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時(shí)，小車的速度最大，此時(shí)橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，小車還未過(guò)兩鐵釘?shù)倪B線，B正確,A、C、D錯(cuò)誤。(4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點(diǎn)比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測(cè)量。考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與誤差分析例2某同學(xué)為探究“合力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟如下：①按圖1連接實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M＝0。20kg，鉤碼總質(zhì)量m＝0.05kg。②釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源（電源頻率為f＝50Hz）,打出一條紙帶。③他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖2所示.把打下的第一個(gè)點(diǎn)記作0，然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，用厘米刻度尺測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到點(diǎn)0距離分別為d1＝0。041m，d2＝0。055m，d3＝0。167m，d4＝0.256m，d5＝0。360m，d6＝0.480m……(1)他把鉤碼總重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10m/s2）作為小車所受合力，算出打下點(diǎn)0到打下點(diǎn)5過(guò)程合力做功W＝________J（結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，用正確的公式Ek＝________(用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式)把打下點(diǎn)5時(shí)小車的動(dòng)能作為小車動(dòng)能的改變量，算得Ek＝0.125J。（2)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果,他沒(méi)能得到合力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的增量這一結(jié)論，且誤差很大。通過(guò)反思，他認(rèn)為產(chǎn)生很大誤差的原因有以下幾條,其中正確的是________（填選項(xiàng)前的字母）。A．鉤碼質(zhì)量太大,使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多B．沒(méi)有平衡摩擦力，使得合力對(duì)物體做功的測(cè)量值比真實(shí)值偏大太多C．釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動(dòng)能增量的測(cè)量值比真實(shí)值偏小D．沒(méi)有使用最小刻度為毫米的刻度尺測(cè)距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因嘗試解答(1）0。180eq\f（Mf2，200）(d6－d4)2（2）AB。（1)若用鉤碼的重力作為小車受的合力，則F合＝mg＝0.5N，從打下點(diǎn)0到打下點(diǎn)5，小車的水平位移x＝d5＝0。360m，所以W＝F合x(chóng)＝0.5×0。360J＝0。180J。打下點(diǎn)5時(shí)小車的動(dòng)能Ek＝eq\f（1,2）Mveq\o\al(2,5）,v5＝eq\f（d6－d4，2Δt)，式中Δt為5個(gè)打點(diǎn)時(shí)間間隔，即Δt＝eq\f(5,f)，故Ek＝eq\f(Mf2，200)（d6－d4)2。（2）從該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作情況來(lái)看，造成很大誤差的主要原因是把鉤碼的重力當(dāng)成了小車受到的合力，實(shí)驗(yàn)前沒(méi)有平衡摩擦力,故A、B正確；C、D兩個(gè)選項(xiàng)中提到的問(wèn)題不能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成重大影響，故C、D錯(cuò)誤。［變式2](2019·天津高三期末)用如圖a所示裝置做“探究拉力做功與小車動(dòng)能變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)擋板時(shí),鉤碼尚未到達(dá)地面。（1)為了保證細(xì)繩的拉力等于小車所受的合外力，以下操作必要的是________（選填選項(xiàng)前的字母).A．在未掛鉤碼時(shí)，將木板的右端墊高以平衡摩擦力B．在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力C．調(diào)節(jié)木板左端定滑輪的高度,使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行D．所加鉤碼的質(zhì)量盡量大一些（2)圖b是甲同學(xué)某次實(shí)驗(yàn)中打出紙帶的一部分。O、A、B、C為4個(gè)相鄰的計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，所用交流電源的頻率為50Hz。通過(guò)測(cè)量與計(jì)算,可知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小為_(kāi)_______m/s。(3）乙同學(xué)經(jīng)過(guò)認(rèn)真、規(guī)范地操作，得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶。他把小車開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)打下的點(diǎn)記為O，再依次在紙帶上取等時(shí)間間隔的1、2、3、4、5、6等多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離x及打下各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度v。圖c是根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的v2。x圖象。已知此次實(shí)驗(yàn)中鉤碼的總質(zhì)量為0。015kg，小車中砝碼的總質(zhì)量為0.100kg,重力加速度為10m/s2，若可把鉤碼的重力視為小車所受的拉力，則由圖象可知小車的質(zhì)量為_(kāi)_______kg。(4)在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，丙同學(xué)認(rèn)為小車所受拉力大小等于鉤碼所受重力大小。但經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)他發(fā)現(xiàn)拉力做的功總是要比小車動(dòng)能變化量小一些，造成這一情況的原因可能是________(選填選項(xiàng)前的字母)。A．滑輪的軸處有摩擦B．小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近C．長(zhǎng)木板的右端墊起的高度過(guò)高D．鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力答案（1）AC(2)0.36（3）0。200（4)C解析(1）小車下滑時(shí)受到重力、細(xì)繩的拉力、支持力和摩擦力，為了保證細(xì)繩對(duì)小車的拉力等于小車所受的合外力，應(yīng)該在未掛鉤碼時(shí)，將木板的右端墊高以平衡摩擦力,并且調(diào)節(jié)木板左端定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行，A、C正確,B、D錯(cuò)誤.（2)相鄰的兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)打出的點(diǎn)沒(méi)有畫(huà)出，則T＝0.1s，vB＝eq\f(xAC，2T)＝eq\f（0。1006－0。0286，0。2)m/s＝0。36m/s。(3）根據(jù)動(dòng)能定理得：Fx＝eq\f（1，2）(M＋m)v2，則v2＝eq\f(2F，M＋m)x，根據(jù)圖象可知，斜率k＝eq\f（0。20，0。2)＝1，則eq\f（2F,M＋m）＝1,其中F＝m鉤g＝0。15N，解得M＝0.200kg。(4)多次實(shí)驗(yàn)他發(fā)現(xiàn)拉力做的功總是要比小車動(dòng)能變化量小一些，則可能是長(zhǎng)木板的右端墊起的高度過(guò)高，使小車所受合力大于細(xì)繩拉力，C正確；若滑輪的軸處有摩擦，則拉力做的功總是要比小車動(dòng)能變化量大一些，A錯(cuò)誤，小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近，拉力做的功和小車動(dòng)能變化量相等,B錯(cuò)誤;在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，繩子的拉力等于鉤碼的重力，鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，不影響拉力做功，D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1．創(chuàng)新情景↓↓↓↓↓↓2．創(chuàng)新解讀（1)合外力的功：橡皮筋拉力做功→斜面上重力分力和摩擦力的合力做功→重物重力做功→細(xì)繩的拉力做功。(2）速度的測(cè)量方法：測(cè)量紙帶勻速運(yùn)動(dòng)速度→用自由落體法計(jì)算速度→測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度→光電門測(cè)速度v＝eq\f（d,Δt）→速度傳感器直接顯示速度大小.(3)摩擦阻力問(wèn)題：靠小車重力的下滑分力平衡摩擦力→包括在合力內(nèi)→自由下落減小阻力→氣墊導(dǎo)軌減小摩擦力。例3某實(shí)驗(yàn)小組用如圖所示的裝置探究功和速度變化的關(guān)系：將小鋼球從固定軌道傾斜部分不同位置由靜止釋放，經(jīng)軌道末端水平飛出,落到鋪著白紙和復(fù)寫(xiě)紙的水平地面上，在白紙上留下點(diǎn)跡。為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化,小鋼球在離傾斜軌道底端的距離分別為L(zhǎng)、2L、3L…處釋放，這樣在軌道傾斜部分合外力對(duì)小鋼球做的功就可以分別記為W0、2W0、3W0(1）為了減小實(shí)驗(yàn)誤差需要進(jìn)行多次測(cè)量,在L、2L、3L…處的每個(gè)釋放點(diǎn)都要讓小鋼球重復(fù)釋放多次，在白紙上留下多個(gè)點(diǎn)跡。那么，確定在同一位置釋放的小鋼球在白紙上的平均落點(diǎn)位置的方法是_________________________________________________________________________。（2)為了探究功和速度變化的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中必須測(cè)量________.(填選項(xiàng)前的標(biāo)號(hào))A．小鋼球釋放位置離斜面底端的距離L的具體數(shù)值B．小鋼球的質(zhì)量mC．小鋼球離開(kāi)軌道后的下落高度hD．小鋼球離開(kāi)軌道后的水平位移x（3)該實(shí)驗(yàn)小組利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了如圖所示的圖象，則圖象的橫坐標(biāo)是________（用實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的物理量符號(hào)表示).嘗試解答（1）用盡可能小的圓圈住盡量多的落點(diǎn),圓心即為平均落點(diǎn)的位置__（2）D__（3)x2。(1)確定在同一位置釋放的小鋼球在白紙上的平均落點(diǎn)位置的方法是用盡可能小的圓圈住盡量多的落點(diǎn)，圓心即為平均落點(diǎn)的位置.(2）設(shè)小球經(jīng)軌道末端水平飛出的速度為v，由動(dòng)能定理得W＝eq\f(1，2)mv2，飛出后小球做平拋運(yùn)動(dòng)，h＝eq\f（1,2）gt2,x＝vt，所以W＝eq\f(1，2)mv2＝eq\f（mg,4h）x2，因?yàn)樾∏虻馁|(zhì)量不變，水平飛出的高度h不變，所以只需要測(cè)量離開(kāi)軌道后的水平位移x，故D正確.(3)由第(2)問(wèn)可知W∝x2，所以橫坐標(biāo)是x2。［變式3］某研究性學(xué)習(xí)小組用如圖所示的裝置來(lái)驗(yàn)證動(dòng)能定理，已知在水平桌面上有如下實(shí)驗(yàn)器材：帶兩個(gè)光電門的氣墊導(dǎo)軌（可認(rèn)為通氣后無(wú)摩擦阻力）、帶遮光片的滑塊、規(guī)格相同的長(zhǎng)方體墊塊若干、連接光電門的采集設(shè)備。他們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)操作：①調(diào)節(jié)并固定兩光電門,并測(cè)出兩光電門中心間距為l；②調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的可調(diào)螺母A和B，使氣墊導(dǎo)軌水平,然后用1個(gè)墊塊墊在螺母A下方、螺母B放在水平桌面上，使導(dǎo)軌傾斜,并給氣墊導(dǎo)軌通氣；③將滑塊置于導(dǎo)軌上端由靜止釋放,并分別記錄滑塊上的遮光片通過(guò)光電門1、2的時(shí)間t11和t21；④再分別用2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)墊塊整齊疊放后墊在螺母A的下方，螺母B一直放在水平桌面上，重復(fù)操作③.（1)還需測(cè)量的物理量有________。A．遮光片的寬度dB．螺母A和B中心間的距離LC．滑塊(含遮光片）的質(zhì)量mD．每個(gè)墊塊的厚度(即墊起高度)h(2）第一次執(zhí)行操作③，可計(jì)算出滑塊通過(guò)光電門1、2的平均速度v1＝________、v2＝________，由于遮光片寬度d很小,可認(rèn)為平均速度即為過(guò)光電門中心的瞬時(shí)速度(用測(cè)量的物理量表示）。（3）墊2個(gè)墊塊和墊3個(gè)墊塊,滑塊通過(guò)位移l的過(guò)程中，合力對(duì)滑塊所做的功分別為W2和W3,那么W2∶W3＝________。(4)當(dāng)墊1個(gè)墊塊時(shí)，要驗(yàn)證動(dòng)能定理就需要驗(yàn)證的表達(dá)式為：______________(用測(cè)量的物理量表示）。答案（1）ABD（2）eq\f（d，t11)eq\f(d，t21）(3)2∶3（4)eq\f(glh,L）＝eq\f(1，2)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f（d,t21)））2－eq\f（1，2)eq\b\lc\(\rc\)（\a\vs4\al\co1(\f(d,t11）)）2解析（1）由動(dòng)能定理mgH＝eq\f(1,2）mveq\o\al(2,2）－eq\f（1，2)mveq\o\al（2,1)，H＝lsinα＝leq\f（hAB,L），v1＝eq\f(d,t11),v2＝eq\f(d，t21），整理得eq\f(glhAB，L）＝eq\f（1，2）eq\b\lc\(\rc\）(\a\vs4\al\co1(\f(d,t21）））2－eq\f(1,2)eq\b\lc\（\rc\）（\a\vs4\al\co1（\f（d,t11）)）2,因此還需測(cè)量的物理量有A、B、D。（2)由于遮光片的擋光時(shí)間極短，則擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度近似等于瞬時(shí)速度，即v1＝eq\f（d，t11）、v2＝eq\f（d,t21)。（3）墊兩個(gè)墊塊時(shí)，合力所做的功為W2＝mgl·eq\f(2h，L）；墊三個(gè)墊塊時(shí)，合力所做的功為W3＝mgl·eq\f(3h,L），整理得W2∶W3＝2∶3。（4)當(dāng)墊一個(gè)墊塊時(shí)，如果eq\f（glh,L)＝eq\f（1,2）eq\b\lc\（\rc\）(\a\vs4\al\co1（\f（d,t21)）)2－eq\f(1，2）eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f（d，t11)）)2成立,則動(dòng)能定理就得以驗(yàn)證.高考模擬隨堂集訓(xùn)1．（2019·江蘇高考）某興趣小組用如圖1所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理.(1）有兩種工作頻率均為50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供實(shí)驗(yàn)選用:A．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 B．電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，應(yīng)選擇________(選填“A”或“B"）。（2）保持長(zhǎng)木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。實(shí)驗(yàn)中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。同學(xué)甲認(rèn)為此時(shí)摩擦力的影響已得到消除。同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動(dòng)?？捶ㄕ_的同學(xué)是________(選填“甲”或“乙”）。(3）消除摩擦力的影響后,在砝碼盤中加入砝碼.接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,松開(kāi)小車，小車運(yùn)動(dòng)。紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中的一段如圖2所示。圖中紙帶按實(shí)際尺寸畫(huà)出，紙帶上A點(diǎn)的速度vA＝________m/s。(4）測(cè)出小車的質(zhì)量為M,再測(cè)出紙帶上起點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L(zhǎng).小車動(dòng)能的變化量可用ΔEk＝eq\f（1，2)Mveq\o\al(2，A)算出。砝碼盤中砝碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)中，小車的質(zhì)量應(yīng)________(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于"或“接近")砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量，小車所受合力做的功可用W＝mgL算出。多次測(cè)量，若W與ΔEk均基本相等則驗(yàn)證了動(dòng)能定理。答案(1）B(2)乙(3)0。31（0.30~0。33都算對(duì)）(4）遠(yuǎn)大于解析(1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)的紙帶受到的阻力較大,而電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)的紙帶所受阻力較小,故選B。(2）由于剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，拉力等于最大靜摩擦力,而最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力,故平衡摩擦力的兩種看法中，乙同學(xué)正確。（3)取與A點(diǎn)相鄰的兩點(diǎn)，用毫米刻度尺測(cè)出兩點(diǎn)之間的距離,如圖所示，可測(cè)得x＝1。24cm。用這一段的平均速度表示A點(diǎn)的瞬時(shí)速度,則vA＝eq\f(x，2T)＝eq\f（1.24×10－2，2×0.02）m/s＝0.31m/s.（4）由題意知，本實(shí)驗(yàn)用砝碼、砝碼盤和沙子的總重力大小表示小車受到的拉力大小，故要求小車的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)大于砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量.2．(2017·北京高考）如圖1所示，用質(zhì)量為m的重物通過(guò)滑輪牽引小車，使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn).（1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是________（選填選項(xiàng)前的字母)。A．直流電源 B．交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正確操作方法是______（選填選項(xiàng)前的字母)。A．把長(zhǎng)木板右端墊高 B．改變小車的質(zhì)量在不掛重物且________（選填選項(xiàng)前的字母)的情況下,輕推一下小車。若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響.A．計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B．計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3）接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C……若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。測(cè)得A、B、C……各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3……，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，拉力對(duì)小車做的功W＝______,打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v＝________。(4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo),利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2.W圖象。由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為_(kāi)_______.根據(jù)功與能的關(guān)系,動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子；分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是________.（5）假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖4中正確反映v2。W關(guān)系的是________。答案（1)B(2)AB（3)mgx2eq\f（x3－x1，2T)(4）v2＝4。7W（4.5W～5.0W均認(rèn)為正確）質(zhì)量(5）A解析（1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交變電流,故應(yīng)選用交流電源。（2）平衡摩擦力和其他阻力時(shí)應(yīng)墊高長(zhǎng)木板右端，使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打點(diǎn)時(shí)振針與紙帶之間的摩擦，故需要在打點(diǎn)狀態(tài)下判斷是否達(dá)到平衡要求。(3）由做功公式知:W＝mgx2；利用勻變速直線運(yùn)動(dòng)中間時(shí)刻的速度等于本段時(shí)間內(nèi)的平均速度知，B點(diǎn)速度等于AC段的平均速度,vB＝eq\f（x3－x1，2T).（4）根據(jù)圖線