近三年真題考察分布
實(shí)驗(yàn)講解
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>通過實(shí)驗(yàn)探究外力做功與物體速度變化的關(guān)系。
二、實(shí)驗(yàn)原理
探究功與速度變化的關(guān)系，可用如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過增加橡皮筋的條數(shù)，使橡皮筋對小車做的功成倍增加，再通過打點(diǎn)計時器和紙帶來測量每次實(shí)驗(yàn)中小車的末速度v，最后通過數(shù)據(jù)分析得出功與速度變化的關(guān)系。
三、實(shí)驗(yàn)器材
橡皮筋、小車（前面帶小鉤）、長木板、打點(diǎn)計時器、學(xué)生電源、紙帶、刻度尺、鐵釘?shù)取?br>四、實(shí)驗(yàn)過程
1．墊高長木板的一端，平衡摩擦力。
2．拉伸的橡皮筋對小車做功
（1）用1條橡皮筋拉小車——做功W0；
（2）用2條橡皮筋拉小車——做功2W0；
（3）用3條橡皮筋拉小車——做功3W0。
3．測出每次做功后小車獲得的速度v。
4．利用各次實(shí)驗(yàn)測得的v和W數(shù)據(jù)繪制W－v、W－v2、W－v3、…圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系。
五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在誤差允許的范圍內(nèi)，外力做的功與物體速度的平方成正比，即W∝v2。
六、誤差分析
1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做的功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比。
2．沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差。
3．利用打上點(diǎn)的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差。
七、注意事項(xiàng)
1．平衡摩擦力時，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。方法是輕推小車，由打點(diǎn)計時器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否勻速運(yùn)動，從而找到木板一個合適的傾角。
2．測小車的速度時，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻分布的部分。
3．橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的。力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值。
4．小車的質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些。
直擊考點(diǎn)
考點(diǎn)一 利用橡皮筋探究動能定理
1．某學(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖1中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功記為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，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致。每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計時器所打的紙帶測出。
（1）除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、 （填測量工具）和 （選填“交流”或“直流”）電源。
（2）實(shí)驗(yàn)中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡掉摩擦阻力，則下面操作正確的是( )
A.放開小車，能夠自由下滑即可
B.放開小車，能夠勻速下滑即可
C.放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可
D.放開拖著紙帶的小車，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，當(dāng)小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是( )
A.橡皮筋處于原長狀態(tài) B.橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)
C.小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處 D.小車已過兩個鐵釘?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，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用圖2中紙帶的 部分進(jìn)行測量。
考點(diǎn)二 利用鉤碼拉動小車探究動能定理
2．某同學(xué)把附有滑輪的長木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關(guān)系，此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等．組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。
（1）若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些 。
（2）實(shí)驗(yàn)開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行，他這樣做的目的是下列的哪個 （填字母代號）
A.避免小車在運(yùn)動過程中發(fā)生抖動
B.可使打點(diǎn)計時器在紙帶上打出的點(diǎn)清晰
C.可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動
D.可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力
（3）平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動過快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計算小車速度，在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個解決辦法 。
（4）他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些，這一情況可能是下列哪些原因造成的 （填字母代號）。
A.在接通電源的同時釋放了小車
B.小車釋放時離打點(diǎn)計時器太近
C.阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉
D.鉤碼勻加速運(yùn)動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力
考點(diǎn)三 利用光電門驗(yàn)證動能定理
3．用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究功和動能變化的關(guān)系。一木板放在安裝有定滑輪和光電門的氣墊導(dǎo)軌上，木板左右兩端安裝了寬度均為d的相同遮光條A、B，木板（含遮光條）的質(zhì)量為M，兩遮光條間的距離為L，用不可伸長的細(xì)線繞過定滑輪，把木板與力傳感器連接起來，傳感器下方懸掛鉤碼，將木板由靜止釋放，由數(shù)字計時器可讀出遮光條通過光電門的時間。
（1）在完成實(shí)驗(yàn)時，下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是 （填選項(xiàng)前字母）
A．應(yīng)使木板質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量
B．應(yīng)使木板釋放的位置與光電門間的距離適當(dāng)大些
C．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平
D．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行
（2）按要求調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要測量步驟如下：
①將木板從距離光電門適當(dāng)?shù)奈恢糜伸o止釋放，木板在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄力傳感器的示數(shù)F及遮光條A、B先后經(jīng)過光電門的時間為t1、t2，則遮光條A、B通過光電門的過程中木板動能的變化量ΔEk＝ ，合外力對木板做功W＝ ．（以上兩空用字母M、t1、t2、d、L、F表示）
②增加所掛鉤碼的個數(shù)，重復(fù)①的操作，比較W、ΔEk的大小，可得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
考點(diǎn)四 探究動能定理中的圖像問題
4．某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)采用如圖1所示的裝置（實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達(dá)地面）用打點(diǎn)計時器得到一條紙帶后，通過分析小車位移與速度變化的關(guān)系來研究合力對小車所做的功與速度變化的關(guān)系．圖2是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，點(diǎn)O為紙帶上的起始點(diǎn)，A、B、C是紙帶上的三個連續(xù)的計數(shù)點(diǎn)，相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間均有4個點(diǎn)未畫出，用刻度尺測得A、B、C到O的距離如圖2所示．已知所用交變電源的頻率為50Hz，則：
（1）打B點(diǎn)時，小車的瞬時速度vB= m/s．（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（2）實(shí)驗(yàn)中，該小組的同學(xué)畫出小車位移x與速度v的關(guān)系圖象如圖3所示．根據(jù)該圖線形狀，某同學(xué)對W與v的關(guān)系作出的猜想，肯定不正確的是 ．（填寫選項(xiàng)字母代號）
A．W∝v2B．W∝v C．W∝ D．W∝v3
（3）本實(shí)驗(yàn)中，若鉤碼下落高度為h1時合力對小車所做的功為W0，則當(dāng)鉤碼下落h2時，合力對小車所做的功為 ．（用h1、h2、W0表示）
考點(diǎn)五 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)
5．某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計時器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能．
（1）實(shí)驗(yàn)中涉及到下列操作步驟：
①把紙帶向左拉直
②松手釋放物塊
③接通打點(diǎn)計時器電源
④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量
上述步驟正確的操作順序是 （填入代表步驟的序號）．
（2）圖（b）中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果．打點(diǎn)計時器所用交流電的頻率為50Hz．由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時的速度為 m/s．比較兩紙帶可知， （填“M”或“L”）紙帶對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢能大．
6．某同學(xué)利用如圖所示的裝置驗(yàn)證動能定理．固定并調(diào)整斜槽，使它的末端O點(diǎn)的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復(fù)寫紙．將小球從不同的標(biāo)記點(diǎn)由靜止釋放，記錄小球到達(dá)斜槽底端時下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)位置測量出小球平拋的水平位移x．改變小球在斜槽上的釋放位置，進(jìn)行多次測量，記錄數(shù)據(jù)如下：

（1）已知斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為μ，斜槽底端離地的高度為y，不計小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滑下的過程中，動能定理若成立應(yīng)滿足的關(guān)系式是 ；
（2）以H為橫坐標(biāo)，以 為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)作圖，如圖乙所示；
（3）由第（1）、（2）問，可以得出結(jié)論：
年份
試卷
分值
難度
2020
全國III卷
5分
★☆☆
2019
江蘇卷
8分
★★☆
高度 H（h為單位長度）
h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h
9h
水平位移 x/cm
5.5
9.1
11.7
14.2
15.9
17.6
19.0
20.6
21.7
參考答案：
1． 毫米刻度尺 交流 D B GK
【詳解】(1)[1]還需要毫米刻度尺測量紙帶。
[2]打點(diǎn)計時器使用的是交流電源。
(2)[3]平衡摩擦力時，不要掛上橡皮筋，放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可，D正確。
故選D。
(3)[4]當(dāng)小車速度最大時，橡皮筋的拉力與摩擦力平衡，故橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車還未到兩個鐵釘?shù)倪B線。
故選B。
(4)[5]小車先做加速運(yùn)動后做勻速運(yùn)動，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用圖2中紙帶的GK部分進(jìn)行測量。
2． 刻度尺、天平（包括砝碼） D 在小車上加適量的砝碼（或鉤碼） CD
【詳解】（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要驗(yàn)證mgx=Mv2，同時根據(jù)運(yùn)動學(xué)規(guī)律可知，此實(shí)驗(yàn)中需要測量鉤碼質(zhì)量、小車質(zhì)量和位移，故還需要的器材有：刻度尺和天平．
（2）分析小車受力可知，在平衡摩擦力的基礎(chǔ)上，使細(xì)繩與木板平行是為了讓細(xì)繩的拉力充當(dāng)小車所受合外力，故D正確，ABC錯誤．
（3）紙帶上打出的點(diǎn)較小，說明小車的加速度過大（即小車過快），故在所掛鉤碼質(zhì)量不變的情況下，可以增加小車質(zhì)量（在小車上加上適量的砝碼）
（4）在此實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)牛頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細(xì)繩的拉力，而實(shí)驗(yàn)中用重力代替拉力會導(dǎo)致拉力做功大于小車動能增量；如果實(shí)驗(yàn)未平衡摩擦力也會導(dǎo)致拉力做功大于動能增量，故CD正確，AD錯誤．
3． A
【詳解】（1）[1] A．力傳感器測出的力就是細(xì)線對木板的真是拉力，因此無需滿足使木板質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量。
B．使木板釋放的位置與光電門間的距離適當(dāng)大些，可減小測量誤差；
C、D．此實(shí)驗(yàn)需要滿足導(dǎo)軌水平且細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行。
因此不必要的實(shí)驗(yàn)要求是A。
（2）[2]遮光條A通過光電門的速度，遮光條B通過光電門的速度，所以遮光條A、B通過光電門的過程中木板動能的變化量
[3] 此過程合外力對木板做功
4． 0.80m/s BC
【詳解】（1）由于相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)間均有4個點(diǎn)未畫出，則相鄰兩個計數(shù)點(diǎn)時間為，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的平均速度等于中間時刻瞬時速度，故：；
（2）圖象為過原點(diǎn)的曲線，故W與v一定不是正比關(guān)系，也一定不是反比關(guān)系，所以肯定不正確的是BC；
（3）根據(jù)功的定義，有，，解得：．
5． ④①③② 1.29 M
【詳解】（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先向物塊推到最左側(cè)，測量壓縮量，再把紙帶向左拉直；先接通電源，穩(wěn)定后再釋放紙帶；故步驟為④①③②；
（2）由M紙帶可知，右側(cè)應(yīng)為與物塊相連的位置；由圖可知，兩點(diǎn)間的距離先增大后減??；故2.58段時物體應(yīng)脫離彈簧；則由平均速度可求得，其速度v==1.29m/s；
因彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為物體的動能，則可知離開時速度越大，則彈簧的彈性勢能越大；由圖可知，M中的速度要大于L中速度；故說明M紙帶對應(yīng)的彈性勢能大；
6． （1） （2）x2 （3）在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，小球運(yùn)動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于小球動能的增量．
【詳解】(1)設(shè)小球離開斜槽時的速度為v，根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律得：， ，聯(lián)立得：
小球在斜槽上滑下過程中，重力和摩擦力做功，則合力做的功為：，小球動能的變化量，則小球從斜槽上滑下的過程中，動能定理若成立應(yīng)滿足的關(guān)系式是
(2)根據(jù)上題結(jié)果可知，以H為橫坐標(biāo)，以x2為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)作圖；
(3)由第(1)(2)問，結(jié)合圖象可得：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，小球運(yùn)動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于動能的增量；
【點(diǎn)睛】關(guān)鍵利用平拋運(yùn)動的知識求得小球到達(dá)斜槽的末速度，從而寫出動能定理表達(dá)式，要能根據(jù)數(shù)學(xué)知識靈活選擇坐標(biāo)．

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