高考物理大一轮复习 第五章 实验五 探究动能定理

高考物理大一轮复习第五章实验五探究动能定理课件第一页，共二十五页，编辑于2023年，星期六[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。知识梳理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]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。第二页，共二十五页，编辑于2023年，星期六3.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]小车(前面带小钩)、100~200g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、5~6条等长的橡皮筋、刻度尺。[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。第三页，共二十五页，编辑于2023年，星期六2.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]1.测量小车的速度:实验获得如图所示的纸带,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)。第四页，共二十五页，编辑于2023年，星期六2.实验数据记录橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v/(m·s-1)速度平方v2/(m2·s-2)

第五页，共二十五页，编辑于2023年，星期六3.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)。第六页，共二十五页，编辑于2023年，星期六4.实验结论:从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v2。[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,测量不准带来误差。[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。第七页，共二十五页，编辑于2023年，星期六2.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。第八页，共二十五页，编辑于2023年，星期六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1.(多选)在用图所示的装置做“探究动能定理”的实验时,下列说法正确的

是

(

)第九页，共二十五页，编辑于2023年，星期六

答案

AC实验采用通过增加橡皮筋的条数,使橡皮筋对小车做的功成倍增加,故A正确,B错误。小车的最大速度对应的是橡皮筋对小车做功完

毕后的速度,故C正确,D错误。第十页，共二十五页，编辑于2023年，星期六2.对于橡皮筋做的功来说,直接测量是有困难的。我们可以巧妙地避开这

个难题而不影响问题的解决,只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功

是第一次实验时的多少倍,使用的方法是

(

)A.用同样的力对小车做功,让小车通过的距离依次为x、2x、3x…进行第1

次、第2次、第3次……实验时,力对小车做的功就是W、2W、3W…B.让小车通过相同的距离,第1次力为F,第2次力为2F、第3次力为3F……

实验时,力对小车做的功就是W、2W、3W…C.选用同样的橡皮筋,在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致,当用1

条、2条、3条……同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次……实验时,

橡皮筋对小车做的功就是W、2W、3W…D.利用弹簧测力计测量对小车的拉力F,利用直尺测量小车在力作用下移

动的位移x,便可以求出每次实验中力对小车做的功,可控制为W、2W、3W

…第十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期六

答案

C实际操作为第1次用一条橡皮筋,以后各次分别用2条、3条……相同的橡皮筋,且每次拉到同样的长度,即能得到W、2W、3W…。第十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期六3.某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中,设计了如图甲所示的实

验,将重物固定在纸带上,让纸带穿过打点计时器,先用手提着纸带,使重物

静止在靠近计时器的地方。然后接通电源,松开纸带,让重物自由下落,计

时器就在纸带上打下一系列小点。得到的纸带如图乙所示,O点为计时器

打下的第1个点,该同学对数据进行了下列处理,取OA=AB=BC,并根据纸带

算出了A、B、C三点的速度分别为vA=0.12m/s,vB=0.17m/s,vC=0.21m/s。根据以上数据你能否大致判断W∝v2?甲乙第十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期六由计算可知,

=1.44×10-2m2/s2,

=2.89×10-2m2/s2,

=4.41×10-2m2/s2,

≈2,

≈3,即

≈2

,

≈3

,由以上数据可判定W∝v2是正确的,也可以根据W-v2的曲线来判断(如图所示)。

答案见解析

解析设由O到A的过程中,重力对重物所做的功为W,那么由O到B过程中,重力对重物所做的功为2W,由O到C的过程中,重力对重物所做的功为3W。第十四页，共二十五页，编辑于2023年，星期六4.在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材:A.

电磁打点计时器;B.天平;C.停表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细线、

砝码、小车、砝码盘;H.薄木板。(1)其中多余的器材是

,缺少的器材是

。(2)测量时间的工具是

;测量质量的工具是

。(3)图是打点计时器打出的小车(质量为m)在恒力F作用下做匀加速直线运

动的纸带。测量数据已用字母表示在图中,打点计时器的打点周期为T。

请分析,利用这些数据能否验证动能定理?若不能,请说明理由;若能,请说出

做法,并对这种做法做出评价。第十五页，共二十五页，编辑于2023年，星期六

答案

(1)C、E毫米刻度尺

(2)电磁打点计时器天平(3)见解析

解析

(1)计算小车速度是利用打上点的纸带,故不需要停表。电磁打点计时器应使用低压交流电源,故多余的器材是C、E。测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺,故缺少的器材是毫米刻度尺。(2)测量时间的工具是电磁打点计时器,测量质量的工具是天平。(3)能,从A到B的过程中,恒力做的功为WAB=FxAB物体动能的变化量为EkB-EkA=

m

-

m

=

m(

)2-

m(

)2=

m

只要验证FxAB=

m

即可。优点:A、B两点的距离较远,测量时的相对误差较小;缺点:只进行了一次测量验证,说服力不强。第十六页，共二十五页，编辑于2023年，星期六一、对实验原理的理解重难突破典例1某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”,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:第十七页，共二十五页，编辑于2023年，星期六(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,测出这两

点的间距L和这两点的速度大小v1与v2(v1<v2)。则本实验最终要验证的数学

表达式为

(用题中的字母表示实验中测量得到的物理

量)。第十八页，共二十五页，编辑于2023年，星期六

,可见只有m≪M时,F才基本等于mg。(3)对滑块来说,合外力做的功W=mgL此过程中动能的增加量ΔEk=

M

-

M

故最终要验证的“动能定理”表达式为:mgL=

M

-

M

。

答案

(1)天平、刻度尺(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(3)mgL=

M

-

M

解析

(1)测量滑块的质量及沙和沙桶的总质量必须用到天平,而对纸带进行数据处理要用到刻度尺。(2)平衡摩擦力以后,由牛顿第二定律可求出,滑块受到的合力F=

=第十九页，共二十五页，编辑于2023年，星期六二、实验数据的处理典例2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50.0cm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。第二十页，共二十五页，编辑于2023年，星期六

(1)实验主要步骤如下:①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;第二十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期六②将小车停在C点,

,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车

通过A、B时的速度。③在小车中增加砝码,或

,重复②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ΔE,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ΔE3=

,

W3=

。(结果保留三位有效数字)第二十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期六表1数据记录表次数M/kg|

-

|/(m/s)2ΔE/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40ΔE31.22W341.002.401.202.421.2151.002