高考物理大一轮专题复习课件实验五探究动能定理共39

1、实验五,探究动能定理,实验准备,实验目的,1.探究外力对物体做功与物体速度变化的关系.,2.通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比,关系.,实验原理,条数,增加,打点计时器,探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的 功，测出力对物体做不同功时物体的速度.为简化实验可将物体 初速度设置为零，可用如图 S5-1 所示的装置进行实验，通过增 加橡皮筋的_使橡皮筋对小车做的功成倍_，再通过 _和纸带来测量每次实验后小车的末速度 v. 图 S5-1,实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车(带小钩)、电源、导线、 砝码、56 条等长橡皮筋、刻度尺、长木板、铁钉等. 实验过程,实验步骤

2、,平衡摩擦力,1,1.按如图 S5-1 所示将实验仪器安装好，同时_. 2.先用_条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测 出小车获得的速度 v1，设此时橡皮筋对小车做的功为_， 将这一组数据记入表格.,W,3.用_条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第 一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为_，测出小车获,得的速度 v2，将数据记入表格.,2,4.用 3 条、4 条橡皮筋做实验，用同样的方法测出橡皮 筋对小车做的功和小车获得的速度，记入表格. 5.观察测得数据进行估计，大致判断两个量可能的关系， 然后以 W 为纵坐标，以 v2(或 v)为横坐标作图，寻找两者的关 系. 实验结论 从实验结果看出，

3、功 W 与速度 v 的平方成正比，即 Wv2.,2W,【基础检测】 1.(多选，2015 年广东揭阳一中、金山中学、广大附中联考) 用如图 S5-2 所示装置做“探究做功与物体速度变化关系”的实,),验时(重力加速度 g 取 10 m/s2)，下列说法正确的是( 图 S5-2,A.通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值 B.通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值,C.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得,的最大速度,D.通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得,的平均速度,E.该实验操作前必须要平衡小车受到的摩擦力 答案：ACE,考点 1 对实验基本原理和步骤的考查 重点归

4、纳,1.平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下 的分力与摩擦阻力平衡.方法是轻推小车，由打点计时器打在纸 带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板一个 合适的倾角.,2.选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，,也就是选小车做匀速运动状态的.,3.规格相同：橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条,橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值.,典例剖析 例 1：在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置 如图 S5-3 甲所示)：,甲,乙,图 S5-3,(1)下列说法哪一项是正确的(,),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

5、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)如图乙所示是实验中获得的一条纸带的一部分，选取 O、 A、B、C 为计数点，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(计算结果保留 3 位有效数字). 答案：(1)C (2)0.653,【考点练透】 1.(2016 年重庆第一中学检测)用如图 S5-4 甲所示装置来探 究“功和动能变化的关系”.木板上固定两个完全相同的遮光 条 A、B，用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计 C 相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道 D 上，轨道放 在水平桌面上，P 为小桶(内有

6、沙子)，滑轮质量、摩擦不计，重 力加速度为 g.,甲,丙,乙 图 S5-4,(1)实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是_,_.,A.为了使释放木板后，木板能匀加速下滑 B.为了增大木板下滑的加速度,C.可使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功 D.可使得木板在未施加拉力时能匀速下滑,(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条,的宽度 d_cm.,(3)实验主要步骤如下：,测量木板、遮光条的总质量 M，测量两遮光条的距离 L；,按图甲正确连接器材.,将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细 线拉动下运动，记录弹簧测力计示数 F 及遮光条 B、A 先后经 过光电门的时间为

7、t1、t2.则遮光条 B、A 通过光电门的过程中木 板动能的变化量 Ek_，合外力对木板做功 W _，(用字母 M、t1、t2、d、L、F 表示).,在小桶中增加沙子，重复的操作. 比较 W、Ek 的大小，得出实验结论.,(4)若在本实验中轨道水平放置，其他条件和实验步骤不 变，假设木板与轨道之间的动摩擦因数为.测得多组 F、t1、t2 轴上的截距为 b，直线的斜率为 k，求解_(用字母 b、d、L、k、g 表示).,间的距离 s，则 v (其中 T 为打点周期).,考点 2 实验数据的处理及误差分析 重点归纳 1.数据分析,(1)小车速度的求法：实验获得如图 S5-5 所示纸带，利用纸 带上

8、点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上 A、B 两点,图 S5-5,(2)实验数据记录：建立上述表格，求出 v2 值.,(3)在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v2 图线，以 1 条橡皮筋,做的功为单位.,2.误差分析,(1)橡皮筋的粗细不一致，导致做的功与条数不成正比； (2)平衡摩擦力时，木板倾角过大或过小； (3)测量纸带上各点之间的间距时有误差； (4)纸带上的点没有对应小车匀速运动时刻.,典例剖析,例 2：如图 S5-6 所示是某研究性学习小组做探究“橡皮筋 做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮 筋作用下弹出，沿木板滑行的情形.这时，橡皮筋对小车做的功 记为 W

9、.当我们把 2 条、3 条完全相同的橡皮筋并在一起进行 第 2 次、第 3 次实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放. 小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出.,图 S5-6,(1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有_,_.,(2)平衡摩擦后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀 的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进 行测量.,(3)下面是本实验的数据记录表，请将第 2 次、第 3 次实,验中橡皮筋做的功填写在对应的位置.,(4)从理论上讲，橡皮筋做的功 Wn 和物体速度 vn变化的关 系应是 Wn_，请你根据表中测定的数据在如图 S5-7 所示的坐标系中作

10、出相应的图象验证理论的正确性.,图 S5-7,答案：(1)刻度尺 (2)点距均匀,(3)2W,3W 4W,5W,(4) 如图 S5-8 所示 图 S5-8,备考策略：1.实验器材的选用对应第(1)题,只要应用电磁打点计时器打纸带的实验，与打点计时器相 关的器材，如：学生电源、导线、复写纸、纸带必须有，处理 纸带时，为测量计时点间距，还应有刻度尺.,2.数据处理的方法对应第(2)(3)题,(1)纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的,末速度.,(2)因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的长度，故橡皮筋对小,车做的总功与橡皮筋条数成正比.,3.利用图象探究物理量间的关系对应第(4)题,(1)利用图

11、象探究物理量间的关系时，首先确定横、纵坐标,轴对应的物理量及单位.,(2)根据表中数据确定横、纵坐标轴的标度. (3)认真描出各坐标点.,(4)连线时要注意连线原则，偏离直线较远的点要舍去.,【考点练透】,2.(2016 年四川资阳模拟)某兴趣小组准备探究“合外力做 功和物体速度变化的关系”，实验前组员们提出了以下几种猜 想：,为了验证猜想，他们设计了如图 S5-9 甲所示的实验装 置.PQ 为一块倾斜放置的木板，在 Q 处固定一个速度传感器(用 来测量物体每次通过 Q 点的速度).在刚开始实验时，小刚同学 提出“不需要测出物体质量，只要测出物体初始位置到速度传,感器的距离 L 和读出速度传感

12、器的读数 v 就行了”，大家经过 讨论采纳了小刚的建议.,甲,乙,图 S5-9 (1)请你说明小刚建议的理由：_ _.,(2)让物体分别从不同高度无初速释放，测出物体初始位置 到速度传感器的距离 L1、L2、L3、L4，读出物体每次通过 Q 点的速度 v1、v2、v3、v4，并绘制了如图乙所示的 L-v 图象. 若为了更直观地看出 L 和 v 的变化关系，他们下一步应该作出 _.,(3)实验中，木板与物体间摩擦力_(填“会”或“不 会”)影响探究的结果.,解析：(1)若只有重力做功，则mgLsin mv2，等号的两,擦力做功，则(mgsinmgcos)L mv2，等号的两边都有m，,边都有 m

13、，可以约掉，故不需要测出物体的质量.若是重力和摩,也可以约掉，故不需要测出物体的质量.,(2)采用表格方法记录数据，合理绘制的 L-v 图象是曲线， 不能得出结论 Wv2.为了更直观地看出 L 和 v 的变化关系，应 该绘制 L- v2 图象.故选 A.,(3)重力和摩擦力的总功 W 也与距离 L 成正比，因此不会影,响探究的结果.,答案：(1)根据动能定理列出方程式，可以简化约去质量 m (2)A (3)不会,考点 3 实验的改进与创新 重点归纳,1.实验器材的改进，使用拉力传感器和速度传感器,如图 S5-10 所示，将拉力传感器固定在小车上，平衡小车 的摩擦力，拉力传感器可以记录小车受到的

14、拉力大小，在水平 桌面上相距一定距离 x 的 A、B 两点各安装一个速度传感器， 分别记录小车通过 A、B 点时的速度大小，改变钩码的数量，,图 S5-10,2.实验方案的改进,(1)利用自由落体运动探究功和动能的关系.,(2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得 出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探究动能 定理.这时必须保证小车与水平面上各处之间的动摩擦因数相 同.,资料得知，弹簧的弹性势能 Ep kx2，其中k是弹簧的劲度系,典例剖析,例 3：为了“探究外力做功与物体动能变化的关系”，查,数，x 是弹簧长度的变化量.某同学就设想用压缩的弹簧推静止 的小球(质量为 m

15、)运动来探究这一问题.为了研究方便，把小球 放在水平桌面上做实验，让小球在弹力作用下运动，即只有弹 簧弹力做功.该同学设计实验如下：,(1)首先进行如图 S5-11 甲所示的实验：将轻质弹簧竖直挂 起来，在弹簧的另一端挂上小球，静止时测得弹簧的伸长量为 d.,甲,乙,图 S5-11 在此步骤中，目的是要确定物理量_，用 m、d、g 表示为_. (2)接着进行如图乙所示的实验：将这根弹簧水平放在桌面 上，一端固定，另一端被小球压缩，测得压缩量为 x，释放弹,簧后，小球被推出去，从高为 h 的水平桌面上抛出，小球在空 中运动的水平距离为 L. 小球的初动能 Ek1_. 小球离开桌面的动能 Ek2_

16、. 弹簧对小球做的功 W_(用 m、x、d、g 表示). 对比 W 和 Ek2Ek1就可以得出“外力做功与物体动能变化 的关系”.,备考策略：1.实验原理的创新对应题干部分 (1)弹簧弹力对物体做的功为合外力的功.,(2)物体的动能增量由平抛运动规律计算得出. 2.实验目的的创新对应第(1)题,由物体的平衡条件求解弹簧的劲度系数. 3.数据处理方法的创新对应第(2)题,4.本实验还可以从以下两个方面创新 (1)利用速度传感器测量小球运动的速度.,(2)利用拉力传感器测出绳对小球的拉力作为小球的合外,力.,(3)利用光电门测量物体运动的速度.,【考点练透】,3.某同学根据机械能守恒定律，设计实验探究“弹簧的弹,性势能与压缩量的关系”.,(1)如图 S5-12 甲所示，将轻质弹簧下端固定于铁架台，在 上端的托盘中依次增加砝码，测量相应的弹簧长度，部分数据 如下表甲所示.由数据算得劲度系数 k_N/m.(g 取 9.80 m/s2),甲,乙,丙 图 S5-12,(2)取下弹簧，将其一端固定于气垫导轨左侧，如图乙所示； 调整导轨使滑块自由滑动时，通过两个光电门的速度