第5章--第5节--实验：探究动能定理--实验：验证机械能守恒定律

1、第第5节节实验：探究动能定理实验：探究动能定理实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律【例1】在用图553所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是_(填字母代号)探究动能定理图553 A为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动 B为简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样 C可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值 D可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值 E实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源 F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 G通过打点计时器打下的纸

2、带来测定小车加速过程中获得的平均速度【切入点】明确本实验的设计思想，如何研究W与v的关系，及怎样测小车获得的速度【解析】 当小车拉着穿过打点计时器的纸带自由匀速运动时，重力的分力等于摩擦力，在实验中即可消除摩擦力的影响，A项正确；由实验原理可知，BC正确，D错误；使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车，E错误；橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加，此动能应为小车获得的最大动能，所以用打点计时器打下的纸带来测定的是小车的最大速度，F正确，G错误【答案】 ABCF【点评】 明确本实验设计基本思想：不直接算W的具体数值，而只看第2次、第3次实验中的W和v(或v2)是第1次的多少倍，简化了数据的测

3、量和处理【例2】在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图554所示，(O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每隔两个点取出的计数点) 验证机械能守恒定律图554 根据纸带要求计算： (1)若重锤的质量为m，则重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能是_J； (2)重锤下落到打B点时增加的动能_J； ( 3 ) 从 ( 1 ) 、 ( 2 ) 数 据 可 得 出 的 结 论 是_；产生误差的主要原因是_【切入点】会用纸带法求出某点速度是正确求解动能变化的前提 p22k19.8 0.195

4、01.911 J2/ 20.070.0855 /(2 0.04)m/s1.944m/s/ 21.944/ 21.890 JBABBCBBEmghmg OBmmBvssTBEmvmm减增重锤从开始下落到打 点时减少的重力势能为重锤下落到打 点时的速度为则物体从开始下落到打 点增加的动能为【解析】 (3)从(1)、(2)可以得出在实验误差允许范围内重锤重力势能的减少等于其动能的增加，机械能守恒重锤减少的重力势能略大于其增加的动能的原因是：重锤在下落时要受到阻力的作用(打点计时器对纸带的摩擦阻力，空气阻力等)，重锤克服阻力做功要损失一部分机械能【答案】 (1)1.911mJ(2)1.890mJ(3)

5、见解析【点评】 本实验的误差来源主要是空气阻力和摩擦阻力对纸带和物体做功，使重力势能的减少量大于动能的增加量为尽量减少误差，除了实验操作正确、仪器选取合理外，在计算重力势能减少量时，重力加速度g一定不要取10m/s2，没有特殊说明要取9.8m/s2. 1在探究合外力做功与动能变化的关系时没有平衡摩擦力，使实验的误差增大 2不理解验证机械能守恒定律实验中的纸带的第一、第二点间的距离为什么是2mm. 3不会用匀变速运动规律求解某一时刻的瞬时速度 4单位及有效数字的确定出错【例3】某实验小组采用如图555所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，

6、打点计时器工作频率为50Hz.题型一探究动能定律实验数据和处理题型一探究动能定律实验数据和处理图555 (1)实验的部分步骤下： 在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码； 将小车停在打点计时器附近，_，_，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，_； 改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作 (2)图556是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离s及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表1中的相应位置图556表1纸带的测量结果 222

7、03_4()_vvv在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统，做正功，做负功 实验小组根据实验数据绘出了图5-5-7中的图线其中，根据图线可获得的结论是要验证“动能定理”，还需要测量的物理量是摩擦力和图557【切入点】打点计时器的正确使用，动能定理，实验数据的处理【解析】 第(1)小题考查学生实验操作的规范性第(2)小题考查学生长度测量、记录数据的科学性【答案】 (1)接通电源、释放小车，断开开关(2)5.06；0.49(3)钩砝的重力；小车所受摩擦阻力(4)从图线看出v2与位移s成正比，即小车初末速度的平方差与位移成正比要验证动能定理，还要测量摩擦力和“小车的质量”【思维拓展】“探

8、究动能定理”是考试说明中规定必考部分实验中两个带有“探究”标志的实验之一，而实验与探究又是新课标理念下对实验考查的特色内容之一，因此，同学们必须注意相关实验题目的训练，要在理解实验的基础上解析相关的问题 近几年高考对物理实验的考查已由过去的单一的、基本的形式向综合的、高层次的方向发展表现之一是加强了对学生动手能力的考查试题往往从实验原理、器材的选择和使用、实验步骤和现象的观测等方面进行全面的考查表现在设计型实验题频频出现，设计性实验题一般是以规定实验中的原理、方法和器材为基础编制出来的这些实验可以有效地培养学生的观察能力，激发学生的学习兴趣，以及体现新课程改革精神跟踪训练跟踪训练1如图558甲

9、所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面上的纸上画出记号，如图乙所示设毛笔接触棒时不影响棒的运动，测得记号之间的距离依次为26.0mm、42.0mm、58.0mm、74.0mm、90.0mm、106.0mm.已知电动机铭牌上标有“1440r/min”字样，由此验证机械能守恒根据以上内容，回答下列问题：图558 21s()2_m/s_m/s_J_J9.8m/scDTCvDvCDg毛笔画相邻两条线的时间间隔_ ，图乙中的圆柱棒的_端是悬挂端 填“左”或“右” 根据

10、乙所给的数据，可知毛笔画下记号 时，圆柱棒下落的速度；画下记号 时，圆柱棒下落的速度；记号 、 之间棒的动能的变化量为，重力势能的变化量为由此可得出的结论是_.()_ 结果小数点后保留两位有效数字124左1.201.580.530.57实验误差允许范围内，机械能守恒 11601ss.144024Tf毛笔画相邻两条线的时间间隔 等于电动机转动的周期圆柱棒自由下落，相邻的点间的距离逐渐增大，所以先打右端，左端为【解析】悬挂端 2222kp(58.042.0) 102m/s12m/s1224(74.058.0) 10m/s15.8m/s1224110.53J220.57J.CDDCvvEmvmvEm

11、gh，动能的变化量，重力势能的变化量【例4】物体在空中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了“探究重力做功和物体动能变化的定量关系”，我们提供了如图559的实验装置 (1)某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题：题型二验证机械能守恒定律实验的数据处理题型二验证机械能守恒定律实验的数据处理图559 如图所示，测量质量为m的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的_，通过光电门时的_，探究重力做的功_与小球动能变化量_的定量关系 请在空格处填写物理量的名称和对应符号； 在空格处填写数学表达式 (2)某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字 用天平测出小球的质

12、量为0.50kg； 用游标卡尺测出小球的直径为10.0mm； 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为80.80cm； 电磁铁先通电，让小球吸在开始端 电磁铁断电时，小球自由下落 在小球经过光电门时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为2.50103s，由此可算得小球经过光电门的速度为_m/s. 计算得出重力做的功为_J，小球动能变化量为_J(g取10m/s2，结果保留三位数字)【解析】 本题考查实验设计探究能力、迁移能力、分析综合能力，还考查了对瞬时速度的理解根据瞬时速度的概念，球通过光电门时的平均速度可认为等于球通过光电门时的瞬时速度 2k112GssvWmgsEmv首先明确实验原理：重力做的功等于物体增加的动能所以测量小球下落的位移 和下落位移所对应的速度 ，比较重力做的功和动能的增加量的关系即可验证命题的正确性 3k32210 10m/s4m/s4.04J2.50 1014.00J