高考物理新课标一轮复习(课件+习题)第六章机械能第5讲实验_探究动能定理分析

1、课标版课标版 物理物理第5讲实验_探究动能定理 实验目的实验目的 1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系。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。 实验原理实验原理 1.不是直接测量对小车做的功,而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做的功W、2W、3W。2.由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据。教材研读教材研读3.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出W-v图线,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。 实验器材实验器材 小车(前面

2、带小钩)、100200 g的砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、学生电源(使用电火花计时器不用学生电源)、导线、56条等长的橡皮筋、刻度尺。 实验步骤实验步骤 1.按如图所示将实验仪器安装好。同时平衡摩擦力。2.先用一条橡皮筋做实验,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W1,将这一组数据记入表格。3.用2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W2,测出小车获得的速度v2,将数据记入表格。4.用3条、4条橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和速度,记入表格。 数据处理数据处理 1.测量小车的速度:实验获

3、得如图所示的纸带,为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系,需要测量弹力做功结束时小车的速度,即小车做匀速运动的速度,应在纸带上测量的物理量是(用字母表示):A1、A2间的距离x,小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v=(T为打点计时器的打点时间间隔)。2.实验数据记录xT橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v/(ms-1)速度平方v2/(m2s-2) 3.实验数据处理及分析:在坐标纸上画出W-v和W-v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。4.实验结论:从图像可知功与物体速度变化的关系Wv2。 误差分析误差分析 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

4、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,测量不准带来误差。 注意事项注意事项 1.平衡摩擦力很关键,将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。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匀速运动,从而找到木板一个合适的倾角。2.测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的。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。考点一实验器材和实验原理考点一实验器材和实验原理典例典例1 1某探究学习小组的同学欲验证“动能定理

5、”,他们在实验室组装了一套如图所示的装置,另外他们还找到了学生电源、导线、复写纸、纸带、滑块、细沙。当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员,要完成该项实验,则:考点突破考点突破(1)你认为还需要的实验器材有 。(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 ,实验时首先要做的步骤是 。(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M。往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m。让沙桶带动滑块加速运动,用打点计时器记录其运动情况,在打点计时器打出的纸带上取两点,测

6、出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v10,则表明平衡摩擦力时长木板倾角过大。2-1某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器,记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。Hx1sin hHHx1xhH211t(1)实验主要步骤如下:测量 和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路;将小车停在C点, ,小车在细线拉动下运动,记录

7、细线拉力及小车通过A、B时的速度。在小车中增加砝码,或 ,重复的操作。(2)表1是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量之和,|-|是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所做的功。表格中的E3= ,W3= 。(结果保留三位有效数字)21v22v表1数据记录表次数M/kg|-|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.22W341.002.401.202.421.2151.002.841.422.861

8、.4321v22v(3)根据表1,请在图中的方格纸上作出E-W图线。答案 (1)小车释放小车改变钩码数量(2)0.600 0.610(3)如图所示解析 E3=M(|-|)=0.5002.40 J=0.600 JW3=F3s=1.220.500 J=0.610 J。1221v22v12考点三实验的改进与创新考点三实验的改进与创新典例典例3 (2015河北保定调研,23)图甲所示的装置可用来探究做功与速度变化的关系。倾角为的斜面体固定在实验台上,将光电门固定在斜面体的底端O点,将小球从斜面上的不同位置由静止释放。释放点到光电门的距离d依次为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、

9、30 cm。(1)用螺旋测微器测量小球的直径,如图乙所示,小球的直径D= cm。(2)该实验 (选填“需要”或“不需要”)测量小球质量;小球通过光电门经历的时间为t,小球通过光电门的速度为 (填字母),不考虑误差的影响,从理论上来说,该结果 (选填“”或“=”)球心通过光电门的瞬时速度。(3)为了探究做功与速度变化的关系:依次记录的实验数据如下表所示。实验次数123456d/10-2 m5.0010.0015.0020.0025.0030.00v/(ms-1)0.690.981.201.391.551.70v2/(ms-1)20.480.971.431.922.412.86/(ms-1)1/2

10、0.830.991.101.181.241.30v从表格中数据分析能够得到关于“做功与速度变化的关系”的结论是 。答案 (1)0.562 6(0.562 40.562 8之间均对)(2)不需要 (3)合外力做功与小球通过光电门时速度的平方成正比(或者释放点到光电门的距离d与小球通过光电门时速度的平方成正比)解析 (1)螺旋测微器的读数为D=(5.5+12.60.01) mm=5.626 mm=0.562 6 cm。(2)根据动能定理有mgd sin =mv2,消去m得gd sin =,所以该实验不需要测量小球的质量;小球通过光电门的速度为v=。小球沿斜面做匀Dt1222vDt加速直线运动,小球

11、通过光电门的速度可以看做t时间内中间时刻的速度,不考虑误差的影响,球心通过光电门的速度可以看做D位移内中点的速度,由匀变速直线运动的规律,可以判定中点的速度大于中间时刻的速度。(3)分析表中数据可得出结论:合外力做功与小球通过光电门时速度的平方成正比(或者释放点到光电门的距离d与小球通过光电门时速度的平方成正比)3-1 (2015湖北武汉武昌调研,22)如图所示,上、下两个完全相同的圆弧轨道分别固定在竖直板上的不同高度处,轨道的末端水平,上轨道可上下平移,在两轨道相对于各自轨道末端高度相同的位置上各安装一个电磁铁,两个电磁铁由同一个开关控制,通电后,两电磁铁分别吸住相同小铁球A、B,断开开关,两个小球同时开始运动。离开圆弧轨道后,A球做平抛运动,B球进入一个光滑的水平轨道,则:(1)B球进入水平轨道后将做 运动;改变上轨道的高度,多次重复上述实验过程,总能观察到A球正好砸在B球上,由此现象可以得出的结论是: 。(2)某次实验恰按图示位置释放两个小球,两个小球相碰的位置在水平轨道上的P点处,已知固定在竖直板上的方格纸的正方形小格边长均为9 cm,则可计算出A球刚到达P点时的速度大小为 m/s。(g取10 m/s2,结果保留两位有效数字)答案 (1)匀速(或匀速直线) A球(或平抛运动)的水平分运动是匀速直线运动 (