（7）动能定理——2024届高考物理一轮复习实验大通关
1.某同学利用图（a）所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图（b）所示。

已知打出图（b）中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图（b）给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小false________m/s，打出P点时小车的速度大小false________m/s。（结果均保留2位小数）
若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图（b）给出的数据中求得的物理量为________________。
2.某同学为了探究合外力做功与速度变化之间的关系，准备了如图所示装置，在桌面上有一根弹簧，左端与固定在桌上的挡板拴接，右端与一个轻质木板拴接，当木板位于桌面右边沿时弹簧恰好处于原长状态。实验操作过程如下：

a.现将弹簧压缩到一定位置，将一小球放置在轻质木板中央，释放木板，小球在木板推力下沿水平桌面水平向右运动，在桌面右边沿与木板分离，之后平抛落至水平地面上，落点记为false；
b.在木板左侧与挡板间均匀放置2条、3条、4条、……同样的弹簧，使每次木板释放位置都一样，重复步骤a，小球落点分别记为false；
c.测量相关数据，进行数据处理。
（1）若为得到做功与速度变化量关系，需要测量下列物理量中的_______（填正确答案标号）。
A.小球的质量m B.弹簧的劲度系数k
C.弹簧形变量false D.桌面到地面的高度h
（2）将几次实验中木板对小球做功分别记为false，小球抛出点到落地点的水平距离分别记为false。则应以W为纵坐标、_______为横坐标作图，才能得到一条直线。
（3）由于小球与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于_______（填“偶然误差”或“系统误差”）。
3.某校物理兴趣小组利用如图甲所示装置探究合力做功与动能变化的关系。在滑块上安装一遮光条，系轻细绳处安装一拉力传感器（可显示出轻细绳的拉力），把滑块放在水平气垫导轨上A处，细绳通过定滑轮与钩码相连，光电门安装在B处。气垫导轨充气，将滑块从A位置由静止释放后，拉力传感器记录的读数为F，光电门记录的时间为false。

（1）用螺旋测微器测量遮光条的宽度，如图乙所示，则宽度为________mm。
（2）多次改变钩码的质量（拉力传感器记录的读数F相应改变），测得多组F和false数据，要得到线性变化图像，若已经选定F作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为_______。
A.false B.false C.false D.false
（3）若正确选择横坐标所代表的物理量后，得出线性变化图像的斜率为k，且已经测出false之间的距离为s，遮光条的宽度为d，则滑块（含遮光条和拉力传感器）质量的表达式为false______。
4.如图甲所示是某同学验证动能定理的实验装置.已知重力加速度为g，不计滑轮摩擦阻力及质量，用装有砝码的小桶通过细线拉动小车由静止开始运动，通过此装置来探究动能定理，实验开始前已平衡小车所受的摩擦力，交变电流的频率为f.实验得到纸带如图乙所示.

（1）小车经过A点的瞬时速度和系统的加速度分别为false________、false________.（用题目和图中的字母表示）
（2）如果关系式________在误差允许范围内成立，就验证了动能定理.
（3）在本实验中砝码与小桶总质量________（填“需要”或“不需要”）远小于小车质量.
（4）有同学认为：小车从A点运动到B点过程，不仅可以验证动能定理，也可以验证机械能守恒定律，你认为合理吗？并说明理由________________.
5.在课外兴趣小组实验时，某同学利用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系。操作步骤如下：
A.小物块在1条橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为false；
B.在钉子上分别套上2条、3条、4条…同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，从同一位置释放，小物块落点分别记为false；
C.测量相关数据，进行数据处理。
（1）假设水平桌面光滑，为探究外力做功与小物块速度变化的关系，一定需要测量下列物理量中的_______（填正确答案标号）。
A.橡皮筋的原长x B.橡皮筋的伸长量false
C.桌面到地面的高度h D.小物块抛出点到落地点的水平距离L
（2）将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为false，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为false。若以W为横坐标、以false为纵坐标作图，得到的图像是______。
A.直线 B.抛物线 C.双曲线 D.无法确定
（3）若考虑物块从释放位置到桌子边沿克服阻力做的功，请在图乙中画出（2）中图像的大致形状。
6.某同学利用如图（a）所示装置“探究外力做功与动能变化的关系”，false为足够长的斜面，false为粗糙程度相同且足够长的木板，二者连接处圆滑且木板false水平放置，P为带有挡光片的滑块，Q为光电门，将滑块P在斜面false上不同高度处释放，滑块P将以不同速度通过光电门Q，最后均能停在长木板false上。

（1）在实验前，该同学用螺旋测微器测出挡光片的宽度d，其读数如图（b）所示，读数为false______mm。
（2）要探究外力对滑块P做功与滑块P动能变化的关系，除了测出挡光片的宽度d外，还需要测出的物理量是________。
A.滑块P的质量m
B.滑块P的长度L
C.滑块P与斜面false间的动摩擦因数false
D.滑块P与水平长木板false间的动摩擦因数false
E.滑块P的挡光片经过光电门的时间t
F.滑块P的挡光片经过光电门后停止的位置到光电门的距离x
（3）若外力对物体所做的功等于物体动能的变化量，则通过本实验得出的关系式是________（已知当地重力加速度为g，用题中已知量的字母和所选择需要测量的物理量的字母来表示）。
7.某实验小组用图中装置验证“动能定理”。他们用不可伸长的细线将滑块（含挡光片）通过一个定滑轮和挂有重物的动滑轮与力传感器相连，在水平气垫导轨的false两点各安装一个光电门，false两点间距为x，释放重物，挡光片通过false时的遮光时间分别为false，力传感器连接计算机记录细线的拉力大小为F，已知滑块及挡光片的总质量为M，挡光片宽度为d，重物的质量为m。
（1）实验操作过程中___________（选填“需要”或“不需要”）满足false；
（2）实验过程中测得滑块通过false两点时动能变化量为__________，若关系式__________成立，则动能定理成立。（用题中已知的物理量字母表示）
8.用如图1所示装置进行“探究功与速度变化的关系”实验。装有砝码的盘用绕过滑轮的细线牵引小车，盘和砝码的重力可当作牵引力。小车运动的位移和速度可以由打点纸带测出，以小车为研究对象，改变砝码质量，便可探究牵引力所做的功与小车速度变化的关系。
（1）关于这个实验，下列说法正确的是_________。
A.需要补偿小车受到阻力的影响
B.该实验装置可以“验证机械能守恒定律”
C.需要通过调节定滑轮使细线与长木板平行
D.需要满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量
（2）如图2所示是两条纸带，实验时打出的应是第_______条（填写“I”或“Ⅱ”）纸带。
（3）根据实验数据，在坐标纸上画出的false图像是一条过原点的直线，据此图像________（填“能”或“不能”）求出小车的质量。
答案以及解析
1.答案：0.36；1.80；false之间的距离
解析：由图可知B左右两点之间的距离false，由false，得false；同理可得false；由动能定理得false，则还需测量false之间的距离。
2、（1）答案：AD
解析：小球离开桌面后做平抛运动，竖直方向运动有false，可计算出平抛运动的时间，再根据小球抛出点到落地点的水平距离false，可计算出小球离开桌面时的速度，因为false，所以还需知道小球质量才能知道小球动能，从而得出弹簧对小球做的功，选项AD正确；不需要知道弹簧的劲度系数，B错误；弹簧的条数与弹簧对小球做功大小成正比，因此并不需要知道弹簧形变量false，选项C错误。
（2）答案：false
解析：根据false和false，可得false，合力做功与动能的变化量成正比，所以做功W与false成正比，故应以W为纵坐标、false为横坐标作图，才能得到一条直线。
（3）答案：系统误差
解析：一般来说，从多次测量揭示出的实验误差称为偶然误差，不能从多次测量揭示出的实验误差称为系统误差。由于小球与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于系统误差。
3.答案：（1）2.558（2.557~2.559均正确）
（2）D
（3）false
解析：本题考查探究合力做功与动能变化的关系的实验原理、螺旋测微器读数。
（1）螺旋测微器的固定刻度为2.5 mm，可动刻度为false，所以最终读数为false，即遮光条的宽度为false（±0.001 mm均可）。
（2）滑块通过光电门的速度false，根据动能定理得false，则false，要得到线性变化图像，若已经选定F作为纵坐标，则横坐标代表的物理量为false，故D正确，A、B、C错误。
（3）根据false可知，false图像的斜率false，解得false。
4.答案：（1）false
（2）falsefalse
（3）不需要
（4）合理，因为实验前已平衡摩擦力，故系统机械能守恒
解析：（1）求小车经过A点的瞬时速度，是利用A点前后相邻计数点间的平均速度替代A点的瞬时速度，故有false，根据匀变速直线运动的规律，可求得false.
（2）小车从A点运动到B点过程中，对整个系统应用动能定理可得false.
（3）由于验证动能定理时，绳子张力属于内力，故不需要砝码与小桶总质量远小于小车质量.
5.答案：（1）D
（2）A
（3）见解析
解析：本题考查探究功与速度变化关系的实验原理、图像分析。
（1）因为只需找出功与速度间的比例关系，而物块做平抛运动的飞行时间相同，水平位移大小即能反映物块速度大小，故D正确；
（2）由动能定理有false，由此看出W与false是正比关系，画出的false图像是直线；
（3）若考虑物块克服桌面阻力做的功，则由动能定理有false，所以有false，画出图像如图所示。
6.答案：（1）1.552（1.551~1.553均可）（2）DEF（3）false
解析：（1）螺旋测微器的精度为0.01 mm，螺旋测微器的读数为固定刻度与可动刻度之和，所以挡光片宽度false。
（2）要探究外力对P做功与动能的变化关系，则分别要计算功和速度，而我们要研究的过程是从经过光电门到停在水平木板上这过程，则需要测量滑块P与水平木板false间的动摩擦因数false，滑块P的挡光片经过光电门的时间t，还要测出滑块P在水平长木板上停止的位置到光电门的距离x。
（3）滑块P经过光电门的速度false，滑块P经过光电门到速度减小为零的过程中，摩擦力对滑块P所做的功为false，由题设知false，即false，得false。
7.答案：（1）不需要
（2）false；false
解析：（1）因为有力传感器测量拉力，故不需要满足false。
（2）挡光片通过false时的遮光时间分别为false，挡光片宽度为d，滑块通过false两点时动能变化量为false，若关系式false成立，则动能定理成立。
8.答案：（1）ACD
（2）Ⅱ
（3）能
解析：（1）为了减小实验误差，操作前首先应平衡小车受到的阻力，并调节细线与长木板平行，AC正确；小车受长木板的阻力的作用，因此该实验装置不能用来“验证机械能守恒定律”，B错误；由于近似将盘和砝码的重力当成小车受到的牵引力，则应满足盘和砝码的总质量远小于小车的质量，D正确；（2）根据打点计时器的工作原理以及实际分析可知，符合要求的纸带应为Ⅱ；（3）由动能定理false可知，false图像为一条过原点的倾斜直线，斜率为false，即根据图像可以求出小车的质量。