2011-2020年高考物理试卷分类汇编之072.探究动能定理（含答案及解析）
文档属性
| 名称 | 2011-2020年高考物理试卷分类汇编之072.探究动能定理（含答案及解析） |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 358.0KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 通用版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-08-10 17:50:41 | ||
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文档简介
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第 72 节 探究动能定理
1.2020年新课标Ⅲ卷22．（6分）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0.02s，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vB＝ m/s，打出P点时小车的速度大小vP＝ 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 。
答案：0.36，1.80，B、P之间的距离
解析：根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得B点和P点的速度分别为
若要验证动能定理，必须知道在拉力作用下小车通过B点和P点的距离。
2.2013年福建卷
19．（1）（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）：
①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
②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：①C? ②0.653
解析：①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。
②
3. 2014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．
①若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_________________________________________．
②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
③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：?___________________________．
④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掉
D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力
【答案】①刻度尺、天平（包括砝码），②D，③可在小车上加适量的砝码（或钩码），④C D
【解析】①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；
②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
③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。
④钩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，所以选CD。
4.2017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
（3）接通电源，释放小车，打点计时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v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做出如图3所示的v2–W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v2–W关系的是________。
【答案】（1）B（2）A，B （3）mgx2， （4）v2=kW， k=4.7kg1，（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，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
（4）由图像知，图像为一条过原点的倾斜直线，斜率为，故，设小车的质量为M，根据动能定理有，变形得，对照上式可知，因此斜率的单位为kg-1.
（5）将重物和小车看作一个系统，有，M、m质量不变，W=mgx，，因此图像为过原点的倾斜直线，应选择图象A。
5.2019年江苏卷10.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ΔEk=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ΔEk均基本相等则验证了动能定理．
答案： (1). B (2). 乙 (3). 0.31（0.30~0.33都算对） (4). 远大于
解析：(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
；
(4)对小车由牛顿第二定律有：， 对砝码盘由牛顿第二定律有：
联立解得：，
当M>>m时有：，所以应满足：M>>m。
6.2017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，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_____________________.
（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，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=mg算出拉力对小车做的功W，利用算出小车动能，并求出动能的变化量△Ek.计算结果见下表.
2.45 2.92 3.35 3.81 4.26
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）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”时小车的速度
（3）图象如图所示
（4）由牛顿第二定律， ，解得，
代入题给数据得F=0.093N
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第 72 节 探究动能定理
1.2020年新课标Ⅲ卷22．（6分）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0.02s，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vB＝ m/s，打出P点时小车的速度大小vP＝ 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 。
答案：0.36，1.80，B、P之间的距离
解析：根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得B点和P点的速度分别为
若要验证动能定理，必须知道在拉力作用下小车通过B点和P点的距离。
2.2013年福建卷
19．（1）（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）：
①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
②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：①C? ②0.653
解析：①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。
②
3. 2014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．
①若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_________________________________________．
②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
③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：?___________________________．
④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掉
D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力
【答案】①刻度尺、天平（包括砝码），②D，③可在小车上加适量的砝码（或钩码），④C D
【解析】①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；
②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
③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。
④钩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，所以选CD。
4.2017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
（3）接通电源，释放小车，打点计时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v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据做出如图3所示的v2–W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v2–W关系的是________。
【答案】（1）B（2）A，B （3）mgx2， （4）v2=kW， k=4.7kg1，（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，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
（4）由图像知，图像为一条过原点的倾斜直线，斜率为，故，设小车的质量为M，根据动能定理有，变形得，对照上式可知，因此斜率的单位为kg-1.
（5）将重物和小车看作一个系统，有，M、m质量不变，W=mgx，，因此图像为过原点的倾斜直线，应选择图象A。
5.2019年江苏卷10.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ΔEk=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ΔEk均基本相等则验证了动能定理．
答案： (1). B (2). 乙 (3). 0.31（0.30~0.33都算对） (4). 远大于
解析：(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
；
(4)对小车由牛顿第二定律有：， 对砝码盘由牛顿第二定律有：
联立解得：，
当M>>m时有：，所以应满足：M>>m。
6.2017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，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到_____________________.
（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，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=mg算出拉力对小车做的功W，利用算出小车动能，并求出动能的变化量△Ek.计算结果见下表.
2.45 2.92 3.35 3.81 4.26
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）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”时小车的速度
（3）图象如图所示
（4）由牛顿第二定律， ，解得，
代入题给数据得F=0.093N
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