第5讲 实验五:探究动能定理
1.(12分)(2015·北京海淀区二模)探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图甲所示。实验过程中有平衡摩擦力的步骤,并且设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大,即分别为W0、2W0、3W0、4W0…
(1)实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力,目的是 C (填写字母代号);(4分)
A.为了释放小车后小车能做匀加速运动 B.为了增大橡皮筋对小车的弹力
C.为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 D.为了使小车获得较大的动能
(2)图乙是在正确操作情况下打出的一条纸带,从中截取了测量物体最大速度所用的一部分,已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s,则小车获得的最大速度vm= 1.22 m/s(保留3位有效数字);(4分)
(3)几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车获得最大速度vm的数据,并利用数据绘出了图中给出的四个图象,你认为其中正确的是 D 。(4分)
【解析】(1)实验中通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力,目的是为了使橡皮筋对小车所做功即为合外力对小车所做的功,C项正确;(2)由所打的点可知,CG之间小车做匀速直线运动,速度最大,小车获得的最大速度 vm=
W,D项正确。
2.(12分)(2015·重庆一中月考)某同学通过设计实验来探究物体因绕轴转动而具有的转动动能与哪些因素有关,他以圆形砂轮为研究对象,研究其转动动能与其质量、半径、角速度等的具体关系。如图所示,砂轮由动力带动匀速旋转,测得其角速度为ω,然后让砂轮脱离动力,用一把弹性尺子与砂轮接触使砂轮慢慢停下,设尺和砂轮间的摩擦力恒为
N,不计转轴的质量及其与支架间的摩擦。分别取不同质
量、不同半径的砂轮,使其以不同的角速度旋转进行实验,最后得到的数据如下表所示:
次数 半径/cm 质量/m0 角速度/(rad·s-1) 圈数 转动动能/J 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 4 4 4 4 4 8 12 16 1 1 1 2 3 4 1 1 1 2 3 4 2 2 2 2 2 2 8 6.4 18 14.4 32 25.6 16 12.8 24 A 32 25.6 16 25.6 24 57.6 32 102.4 (1)由1至3次的实验数据可得砂轮的转动动能与角速度的关系为 B (选填字母符号);(4分) A.Ek∝ω
B.Ek∝ω2
C.Ek ∝ω3
(2)由4次和6次的实验数据可计算出第5次砂轮的转动动能,A= 19.2 J;(4
分)
(3)由7至9次的实验数据可得砂轮的转动动能与砂轮半径的关系为 B (选填字母符号)。(4分) A.Ek∝r
B.Ek∝r2
C.Ek∝r3
【解析】(1)由1至3次的实验数据可得砂轮的角速度成倍增加对应的转动动能成平方倍增加,故砂轮的转动动能与角速度的关系为Ek∝ω2,B项正确;(2)由4次和6次的实验数据可知在其他条件都相同的情况下,砂轮的质量成比例增加,砂轮的转动动能也成比例增加,故砂轮的转动动能与砂轮的质量成正比,故A=
×3
J=19.2 J;(3)由7至9次的实验数据可得砂轮的半径成倍增加,砂轮的动能成平方倍增加,故砂轮的转动动能与砂轮半径的关系为Ek∝r2,B项正确。
3.(12分)(2015·三门峡模拟)某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了如图所示的实验装置。
(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) ;(4分)
(2)如图所示,游标卡尺测得遮光条的宽度Δd= 0.550 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,则滑块最后匀速运动的速度表达式为
(用字母表示);(4分)
(3)逐根增加橡皮条,记录每次遮光条经过光电门的时间,并计算出对应的速度,则画出的W-v2图象应是 过坐标原点的一条倾斜直线 。(4分)
(1)检查导轨是否水平的方法:将滑块轻放在气垫导轨上,看其是否滑动(或【解析】
将滑块轻放在气垫导轨上,轻推滑块看是否匀速运动);(2)Δd=5 mm+0.05 mm×10=5.50 v=
倾斜直线。
4.(12分)图甲是某同学验证动能定理的实验装置。其步骤如下:
mm=0.550
cm,
滑
块
匀
速
运
动
的
速
度
mv2,故画出的W-v2图象应是过坐标原点的一条
A.易拉罐内盛上适量细沙,用轻绳通过滑轮连接在小车上,小车连接纸带。合理调整木板倾角,让小车沿木板匀速下滑。
B.取下轻绳和易拉罐,测出易拉罐和细沙的质量m及小车质量M。
C.取下细绳和易拉罐后,换一条纸带,让小车由静止释放,打出的纸带如图乙(中间部分未画出),O为打下的第一点。已知打点计时器的打点频率为f,重力加速度为g。
(1)步骤C中小车所受的合外力为 mg ;(4分)
(2)为验证从O→C过程中小车合外力做功与小车动能变化的关系,测出BD间的距离为x0,OC间距离为x1,则C点的速度为
。需要验证的关系式为 mgx1= (用所测物理量的符号表示)。(8分)
【解析】(1)小车能在斜面上做匀速运动,说明小车受到的合力为零,因此撤去重物后,剩下力的合力与重物的重力mg等大反向;(2)因C点是BD的中间时刻,则C点的vC=
瞬
时
速
度
1
在误差允许的范围内是否相等。
5.(12分)(2016·重庆新田中学月考)某实验小组用如图甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功。实验时,木块在重物牵引下向右运动,重物落地后,木块继续向右做匀减速运动。图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带,纸带上的小黑点是计数点,相邻的两计数点之间还有4个点(图中未标出),计数点间的距离如图乙所示。已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz。
(1)可以判断纸带的 右端 (填“左端”或“右端”)与木块连接。根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度vA、vB,其中vA= 0.72 m/s(结果保留两位有效数字);(4分)
(2)要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB,还应测量的物理量是 B ;(4分) A.木板的长度l
B.木块的质量m1
C.木板的质量m2 D.重物的质量m3 E.木块运动的时间t
F.AB段的距离xAB
1(3)在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的关系式WAB= vA、vB和第(2)问中测得的物理量的字母表示]。(4分)
) [用
【解析】(1)重物落地后木块匀减速运动,可判断纸带右端与木块连接;纸带上两点间vA=
隔
时
间
T=0.10
s,A
点
速
度
AB
AB1
)。