实验五探究动能定理

1、初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析实验五探究动能定理考纲要求考情分析命题趋势高考对本实验的考查主要侧重于以下三个2017 ·北京卷，方面： 1.对小车做功的计量方法的理解；2.通过探究动能定理打点纸带研究小车的末速度、末动能；3.实验误21差分析和实验数据的处理 (通过图象处理实验数据 )知识梳理 ·夯实基础一、实验目的、原理、器材目探究外力对物体做功与物体动能变化的关系的原理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获得的速度，为简化实验可将物体初速度设置

2、为零，可用如图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度器橡皮筋、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、木板、钉材子二、实验步骤1垫高木板的一端，平衡摩擦力2拉伸的橡皮筋对小车做功：(1)用一条橡皮筋拉小车 做功 W；(2)用两条橡皮筋拉小车 做功 2W；(3)用三条橡皮筋拉小车 做功 3W.3测出每次做功后小车获得的速度v.4分别用各次实验测得的v 和 W 绘制 W v 或 Wv2、 W v3, 图象，直到明确得出 W 和 v 的关系三、数据处理初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案

3、、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析x1求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x，则 v T(其中 T 为打点周期 )2实验数据处理：在坐标纸上画出W v 和 Wv2 图象 ( “W”以一根橡皮筋做的功为单位) 根据图象得出 W v2. 四、误差分析1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W 与橡皮筋的条数不成正比2没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来的误差五、

4、注意事项1平衡摩擦力的方法是轻推小车，由打在纸带上的点是否均匀判断小车是否匀速运动2测小车速度时，应选纸带上点均匀分布的部分3橡皮筋应选规格一样的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4小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些核心考点 ·分层突破考点 1实验原理和实验操作 例 1 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做功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

5、器材还有_刻度尺、天平 (包括砝码 )_.(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 _D_.( 选填字母代号 )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，致使打出的纸带初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件

6、、期末考试数学、数学知识难点分析上点数较少， 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方法：_可在小车上加适量的砝码(或钩码 )_.(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_CD_.( 选填字母代号)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解析(1)实验要处理纸带测小车的瞬时速度，需要刻度尺，要分析动能的变化，必须要测出小车的质量，因此还需要天平(2) 实验

7、中调节定滑轮高度，使细绳与木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力， 如果不平行，细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改变了摩擦力，就不能使细绳拉力等于小车所受的合力，选项D 正确(3) 在所挂钩码个数不变的情况下，要减小小车运动的加速度，可以增大小车的质量，即可在小车上加适量的砝码 (或钩码 )(4) 如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，发现拉力做的功总比小车动能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉， 因此拉力做功一部分用来增大小车动能， 一部分用来克服阻力做功； 也可能是钩码做加速运动， 因此细绳的拉力小于钩码的重力， 钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功， 此同

8、学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做的功大于小车动能的增量，选项C、 D 正确考点 2实验数据处理 例 2 (2017 江苏·卷 )利用如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 _小车做匀速运动 _.(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图所示选择某一点为O，依次每隔4 个计时点取一个计数点(图中间隔点未画出)用刻度尺量出相邻计数点间的距离x，记录在纸带上计算打出各计数点时小车

9、的速度v，其中打出计数点“1”小车的速度时v1 _0.228_m/s.初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析2(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g 9.80 m/s ，利用 W mg x 算出拉力对小车做的功 W.利用 Ek 1Mv2 算出小车动能，并求出动能的变化量Ek，计算结果见下表 .2322334W/(× 10J).92.35.81.26.45Ek/(× 10323342J

10、).31.73.12.61.00请根据表中的数据，在图丙中方格纸上作出Ek W 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 _0.093_N.解析 (1)平衡摩擦力的方法是利用小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力相平衡，故在此状态下小车获得速度后能匀速运动(2)由题意知相邻计数点间时间间隔t得T 0.1 s，由 v v2x1 2x2 2.06 2.50 ×10m/s 0.228 m/s.v12×0.12T(3) 首先确定标度：为充分利用方格纸，依据给定数据范围及方格纸上格数多少，

11、确定纵坐标、横坐标皆从 3 32.0× 10 J 开始，且每小格表示0.1× 10 J然后描点、连线，图象见答案Mm0.2000× 0.010(4)对钩码有 mgF ma，对小车有 F Ma ，联立可得 F M mg× 9.80.200 0.010N 0.093 N.答案 (3)见图初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析考点 3实验创新设计本实验可从下列两个方面改进创

12、新1实验器材的改进：用拉力传感器测量拉力，用速度传感器测量速度2实验方案的创新(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(3)让小球从斜面上某高处滚下，然后做平抛运动等 例 3 (2018 江西·南昌模拟)如图甲所示， 为验证动能定理的实验装置，较长的小车的前端固定有力传感器，能测出小车所受的拉力，小车上固定两个完全相同的遮光条A、 B，小车、传感器及遮光条的总质量为M，小车放在安装有定滑轮和光电门的光滑轨道D 上，光电门可记录遮光条A、B 通过它的挡光时间用不可伸长的细线

13、将小车与质量为m 的重物相连，轨道放在水平桌面上，细线与轨道平行(滑轮质量、摩擦不计)(1) 用螺旋测微器测遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度d _0.400(0.399 0.401)_mm.(2)实验过程中 _不需要 _(选填“需要”或“不需要”)满足 M 远大于 m.(3)实验主要步骤如下：测量小车、传感器及遮光条的总质量M，测量两遮光条间的距离L ，按图甲正确连接器材由静止释放小车，小车在细线拉动下运动，记录传感器的示数F 及遮光条 A、B 经过光电门的挡光时间 tA 和 tB，则验证动能定理的表达式为_FL Md211· 2 2 _.(用字母 M、F、2tBtAL、 d

14、、 tA、 tB 表示 )解析 (1)螺旋测微器的固定刻度读数为0 mm，可动刻度读数0.01× 40.0 mm 0.400mm，所以最终读数为 0 mm 0.400 mm 0.400 mm.(2)实验中小车所受拉力由力传感器测出，无需M 远大于 m.(3) 遮光条通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替瞬时速度，因此小车通过光电门的瞬时速度为v d ，所以小车经过A 点的速度 v d ，小车经过 B 点的速度 vBtAt A d，以小车为研究对象，合外力做功为WFL ，动能增量为Ek Md211，则验证动· 2 2tB2tBtA初中数学、数学试卷、初中数学试题、数

15、学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析2Md11能定理的表达式为FL22.对应演练 ·迁移运用1 (2018 湖·北黄冈模拟)某学习小组在“探究功与速度变化的关系”的实验中采用了如图甲所示的实验装置(1) 将气垫导轨接通通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是 _将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动； 或将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速运动(其他方法正确均可)_.(2)如图乙所示，游标卡

16、尺测得遮光条的宽度d _0.550_cm.实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上， 向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为t，则滑块最后匀速运动的速度d表达式为 _t _.(用字母表示 )(3) 逐根增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度则画出的 W v2 图象应是 _过坐标原点的一条倾斜直线 _.解析(1)检查导轨是否水平的方法：将滑块轻放在气垫导轨上，看其是否滑动(或将滑块轻放在气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动)(2)d5 mm 0.05 mm × 10 5.50 mm 0.550 c

17、m，d滑块匀速运动的速度vt.122图象应是过坐标原点的一条倾斜直线(3)由动能定理可知， W mv ，故画出的W v22 (2018 ·江嘉兴模拟浙)某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”，在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A 为小车， B 为打点计时器， C 为弹簧测力计， P 为小桶 (内有砂子 )，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦，实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析初中数学、数学试卷、

18、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析(1)该同学在一条比较理想的纸带上，将点迹清晰的某点记为零点，顺次选取一系列点，分别测量这些点到零点之间的距离x，计算出它们与零点之间的速度平方差v2 v2 v02，弹簧测力计的读数为 F ，小车的质量为 m，然后建立v2 x 坐标系，通过描点法得到的图象是一条过原点的直线，如图乙所示，则这条直线的斜率的意义为_2F_.(填写表达式 )m(2)若测出小车质量为0.4 kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为_1_N.解析 (1)根据动能定理可知Fx1m v2，所以理论上v2 2Fx x， v2 x

19、图象为过2m2F2F原点的直线，直线的斜率k m .(2)结合图象可知 k m 5 N/kg ，所以 F 1 N.3 (2018 ·川成都模拟四)为了“探究动能改变与合外力做功的关系”，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为 m 的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示第二步： 保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运

20、动，打出纸带，如图乙所示，打出的纸带如图丙所示请回答下列问题：(1)已知 O、 A、 B、 C、 D、 E、F 相邻计数点间的时间间隔为t，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B 点时滑块运动的速度vB _x3 x12t_.(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块_下滑的位移 x_(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W 合 _mgx_.初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析初中数学、数学试卷、初中数学试题、数学学案、数学初中教案

21、、初中数学练习题、数学课件、期末考试数学、数学知识难点分析(3)算出滑块运动 OA、OB、OC、OD 、OE 段合外力对滑块所做的功W 以及在 A、B、C、D、E 各点的速度 v，以 v2 为纵轴、 W 为横轴建立直角坐标系，描点作出v2 W 图象，得到的图象是 _过原点的直线 _，可知该图象还可以求得_滑块的质量 M _.解析 (1)由打出的纸带可知 B 点的速度为 vBx3 x1； (2) 由做功定义式可知还需要知2 t道滑块下滑的位移x，由动能定理可知 W 合 Ek，即 mgx Ek；(3)v2 W 图象应该为一条过原点的直线，根据12可求得 M的值Ek Mv24(2017 北·

22、;京卷 )如图甲所示，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_B_.(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_A_.( 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_B_( 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, 如图乙所示实验中，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x3 x1B 点的过程中，拉力对小车做的功W _mgx2_，打 B 点时小车的速度 v_ 2T _.(4)以 v2 为纵坐标， W 为横坐标，利用实验数据作出如图所示的v2 W 图象由此图象_.