高考物理必考实验精细精讲实验五探究动能定理案

PAGE6-实验五探究动能定理目录课前预习·基础落实课堂互动·考点突破课前预习·基础落实【实验目的】探究外力做功与物体动能变化的关系。【实验原理】实验装置如图实Ⅴ－1所示，在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，小车将在砝码盘对它的拉力作用下做匀加速直线运动。在打出的纸带上适当间隔地取两个点A、B，用平均速度的方法确定出A、B两点速度vA、vB，求出此过程中物体动能的变化量为ΔEk，测量这段过程中物体运动的距离x，算出拉力做的功W，通过比较W和ΔEk的值，就可以找出两者之间的关系。【实验器材】长木板(一端带滑轮)、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平。【实验步骤】1．用天平测出小车质量及砝码盘的质量，记录小车的质量M及砝码盘的质量m。2．按图安装实验器材，只是不要挂砝码；要调整定滑轮的高度，使细线与木板平行。3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫薄木块，并反复移动其位置，直到小车在斜面上匀速运动为止。4．挂上砝码(要使小车的质量远大于砝码的质量)，接通电源，放开小车，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带并标记使用的砝码质量。5．重复步骤4，打2～3条纸带。6．改变砝码盘中砝码的个数，重复步骤4、5，再做几次实验。【数据处理】从每次实验中选取点迹清晰的纸带，选取计数点A、B，进行测量运算，填入下表：根据实验数据得出结论。【注意事项】1．砝码的质量要远小于小车的质量。2．平衡摩擦力时，不要加砝码，但应连接纸带且接通电源。3．小车所受的阻力f应包括小车受的摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力。4．小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源后再放手。【误差分析】1．实验的系统误差是绳对小车的拉力小于砝码的重力。2．平衡摩擦力不彻底或平衡过了也会造成误差。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。课堂互动·考点突破考点一对实验原理的理解[例1](广州模拟)某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝eq\r(v)，②W∝v，③W∝v2。实验装置如图实Ⅴ－2甲所示，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。当我们用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。小车在实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。(1)实验时为了使小车相当于只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是___________________；(2)每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了计算出小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量；(3)同学们设计了以下表格来记录数据。其中W1、W2、W3、W4…表示橡皮筋对小车做的功，v1、v2、v3、v4…表示小车每次获得的速度。他们根据实验数据绘制了如图乙所示的W－v图象，由图象形状得出结论W∝v2。他们的做法是否合适？请说明理由：__________________________。[解析](1)小车运动过程中要受到摩擦力等阻力的作用，为抵消阻力的作用，可将木板的一端适当垫高，设倾角为θ，只要满足F阻＝mgsinθ，便可认为小车只在橡皮筋作用下运动。(2)小车在橡皮筋作用下做加速运动，橡皮筋作用完后小车做匀速运动，此时纸带上的打点间距应是均匀的。(3)因为W－v图象是曲线，不能确定W与v2的函数关系，所以不合适。[答案](1)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力(2)点距均匀[小结]为减小实验误差，本实验装置从以下三个方面进行改进：(1)减小摩擦阻力：用气垫导轨代替木板。(2)速度的测量：用光电门代替打点计时器。(3)拉力的测定：用力传感器测定力的大小。2．实验原理的迁移应用[例4]某实验小组利用如图实Ⅴ－8所示装置，探究木块在木板上滑动至停止的过程中，摩擦力做的功与木块滑上木板时初速度的关系，实验步骤如下：A．将弹簧左端固定在平台上，右端自然伸长到平台右侧O点，木板紧靠平台，其上表面与P、O在同一水平面上。使木块压缩弹簧自由端至P点后由静止释放，木块最终停在木板上的B点，记下P点并测出OB间的距离L。B．去掉木板再使木块压缩弹簧自由端至P点并由静止释放，测出木块做平抛运动的水平位移x。C．改变由静止释放木块的位置，以获取多组L、x数据。D．用作图象的办法，探求L与x的关系，得出结论。(1)A、B两步中，均使弹簧压缩到同一点P的目的是_________________________；(2)本实验中，是否必须测出图中h的具体数值？________(填“是”或“否”)；(3)实验小组根据测得的数据，作出L－x2图象如图实Ⅴ－9所示，据此，实验小组便得出结论：摩擦力对木块做的功与木块滑上木板时的初速度平方成正比。请写出其推理过程：_____________________。[解析](1)实验中要保证木块滑至O点的速度不变，A、B两步中，均使弹簧压缩到同一点P的目的是保证木块做平抛运动的初速度与木块滑上木板时的初速度相等；(2)木块离开平台后做平抛运动，由于抛出点的高度一定，木块在空中的运动时间相等，木块的水平位移与木块做平抛运动的初速度成正比，实验中不需要测出平台的高度h；(3)设木块做平抛运动