1、 第第 72 节节 探究动能定理探究动能定理 1.【2019 年物理江苏卷】某兴趣小组用如题 1 图所示装置验证动能定理 （1）有两种工作频率均为 50Hz 的打点计时器供实验选用： A电磁打点计时器 B电火花打点计时器 为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择_（选填“A”或“B”） （2）保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔实验中，为消除 摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消 除同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动看法正确的同学是 _（选填“甲”或“乙”） （3）消除摩擦力影响后，在
2、砝码盘中加入砝码接通打点计时器电源，松开小车，小车运动纸 带被打出一系列点，其中的一段如题 2图所示图中纸带按实际尺寸画出，纸带上 A 点的速度 vA=_m/s （4） 测出小车的质量为M， 再测出纸带上起点到A点的距离为L 小车动能的变化量可用Ek= 2 1 2 A Mv 算出砝码盘中砝码的质量为 m，重力加速度为 g；实验中，小车的质量应_（选填“远大于”“远小 于”或“接近”）砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用 W=mgL 算出多次测量，若 W 与 Ek均基本相等则验证了动能定理 【答案】 (1). B (2). 乙 (3). 0.31（0.300.33 都算对） (4)
3、. 远大于 【解析】 【详解】(1)为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选电火花打点计时器即 B； (2)当小车开始运动时有小车与木板间的摩擦为最大静摩擦力，由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力， 所以甲同学的看法错误，乙同学的看法正确； (3)由图可知，相邻两点间的距离约为 0.62cm，打点时间间隔为 0.02s，所以速度为 0.0062 m m/s0.31 s 0.02 s v t ； (4)对小车由牛顿第二定律有：TMa，对砝码盘由牛顿第二定律有：mg Tma 联立解得： 1 Mmgmg T m mM M ，当Mm时有：Tmg，所以应满足：Mm。 1.2013 年福建卷年福建卷 19 （1）
4、（6 分）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中（装置如图甲） ： 下列说法哪一项是正确的 。 （填选项前字母） A 平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质 量 C实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 图乙是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 O、A、B、C 计数点，已知打点计时器使用的交流电频 率为 50 Hz，则打 B 点时小车的瞬时速度大小为 m/s （保留三位有效数字） 。 答：C 0.653 解析：平衡摩擦力时细线不能挂砝码，为减小系统误差应使钩码质量远小于小车质量，C 对。 m/s6530m/s 20 105355918 2 2
5、. . ).( T s v AC B 2. 2014 年理综天津卷年理综天津卷 9 （2）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 若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_ 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
6、线运动 D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 5.53 O A B C 单位：cm 乙 11.73 18.59 垫木 小车 纸带 钩码 甲 打点计时器 小滑轮 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 解决办法： _ 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
7、掉 D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 【答案】刻度尺、天平（包括砝码） ，D，可在小车上加适量的砝码（或钩码） ，C D 【解析】本实验要测量钩码重力当拉力，测量小车的质量，所以需要天平，另外纸带长度测量需 要刻度尺； 使牵引小车的细绳与木板平行，目的是消除摩擦带来的误差，即平衡摩擦力后，使细绳的拉力等 于小车的合力，所以选择 D 要减小小车的加速度，在拉力一定的情况下，根据牛顿第二定律，可以增加车的质量。 钩码重力做功转化为钩码动能，小车动能在没有完全平衡摩擦的情况下，还会增加摩擦生热。所 以当重力做功大于小车动能增量时，可能是因为摩擦；也可能是因为没有满足钩码重力远小于车这个条 件
8、，所以选 CD。 3.2017 年北京卷年北京卷 21 （18 分） 如图 1 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。 （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 （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 （
9、3）接通电源，释放小车，打点计时 0 2 4 6 8 10 0.2 W/(10-2J) 2/(m2s-2) 0.4 0.1 0.3 0.5 图 3 C B A O x1 x2 x3 图 2 纸带 打点计时器 图 1 重物 小车 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 2 所示。 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
10、 v2为纵坐标，W 为横坐标，利用实验数据做出如图 3 所示的 v2W 图像。由此图像可得 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_。 （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， 则从理论上分析， 图 4 中正确反映v2W 关 系的是 _。 【答案】（1）B （2） A， B （3）mgx2， 31 2 xx T （4）v2=kW， k=4.7kg 1 ， （5）D 解析：（1）打点计时器均使用交流电，故选项 B 正确。 （2）平衡摩擦力和其他阻力，
11、是通过垫高木板右端，构成斜面，使重力沿斜面向下的分力跟它们 平衡，故选项 A 正确；实验时，是让打点计时器工作，纸带跟打点计时器之间会有滑动摩擦力，属于实 验中小车受到的阻力之一，也需要平衡，故选项 B 正确。 （3）由图可知，小车拖动纸带移动的距离等于重物下落的距离，小车所受的拉力又约等于重物的 重力，因此，W=mgx2；小车在运动时为匀变速直线运动，因此打 B 点时小车的速度为小车带动纸带打 下 AC 段中间时刻的速度，也等于这段的平均速度，有 T xx v 2 13 （4）由图像知，图像为一条过原点的倾斜直线，斜率为74. 4 098. 0 465. 0 k，故Wv67. 4 2 ，设小
12、 车的质量为 M，根据动能定理有 2 2 1 MvW ，变形得 W M v 2 2 ，对照上式可知 M k 2 ，因此斜率的 单位为 kg-1. （5）将重物和小车看作一个系统，有 2 )( 2 1 vmMmgx ，M、m 质量不变，W=mgx， mM W v 2 2 ， 因此图像为过原点的倾斜直线，应选择图象 A。 4.2017 年江苏卷年江苏卷 10 （8 分） 利用如题 10-1 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 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
13、右 侧的高度，直至向左轻推小车观察到 A 2 0 W B 2 0 W C 2 0 W D 2 0 W 图 4 纸带 打点计时器 小车 钩码 （题10-1图） _. （2）挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如题 10-2 图所示.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 的重力视位小车受到的拉力， 取 g=9.80 m/s， 利用 W=mgx算出拉力对小车做的功 W， 利用 2 k 1 2 EMv 算出小车动能，并求出动能的变
14、化量Ek.计算结果见下表. 3 / 10 JW 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 3 k / 10 JE 2.31 2.73 3.12 3.61 4.00 请根据表中的数据，在答题卡的方格纸上作出 k EW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=_. 答： （1）小车做匀速运动 （2）0.228 （3） k EW 图象如图所示 （4）0.093N 解析： （1）小车做匀速运动，则小车受到的摩擦力跟小车的 下滑分力平衡，消除了摩擦力的影响。 （2）打出计数点“1
15、”时小车的速度 m/s228. 0m/s10 1 . 02 50. 206. 2 2 221 1 T ss v （3）WEk图象如图所示 （4）由牛顿第二定律MaF ， maFmg，解得 mM mg a ， mM Mmg MaF 代入题给数据得 F=0.093N (单位：cm) O 1 2 3 4 5 7 6 4.81 4.35 3.89 3.42 2.98 2.50 2.06 (题 10-2 图) Ek/10-3J 2.5 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 4.0 4.5 W/10-3J 3.0 3.5 3.0 3.5 Ek/10-3J 2.5 2.0 3.0 3.5 4.0 4.5 2.0 2.5 4.0 4.5 W/10-3J
