2021高一物理-4.3-4.4-动能-动能定理-第二课时-学案(教科版必修2)

4.3-4.4动能动能定理其次课时[学习目标定位]1.通过试验探究合外力对物体做的功与物体动能变化的关系.2.学习利用图像法争辩合外力做功与物体动能变化的关系．一、试验原理由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大得多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力．如图1所示．图1转变重物的质量或者转变小车运动的距离，也就转变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系．二、试验器材长木板(一端附有滑轮)、小车、小盘、砝码若干、打点计时器、纸带、复写纸、刻度尺、细线．一、试验步骤1．如图1所示，把纸带的一端固定在小车后面，另一端穿过打点计时器，转变木板的倾角，让小车重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力，使小车能做匀速运动．2．把细线系在小车上并绕过定滑轮，悬挂小盘，在小盘里放入适量砝码，使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量，小车在细线的拉力作用下做匀加速运动．由于砝码和小盘质量很小，可认为小车所受拉力F的大小等于砝码和小盘所受重力的大小．3．接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列点．4．重复以上试验，选择一条点迹清楚的纸带进行数据分析，由纸带可以得到位移和时间的信息，由砝码和小盘的质量可以知道小车所受的恒力．(小车质量已知)5．由试验数据得出结论．二、数据处理1．小车速度及外力做功的确定通过试验获得打点的纸带，利用“匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度”这一结论计算纸带上选定的点的速度，测出小车在某段时间内的位移，然后乘以重物的重力，即得外力在该段时间内对小车做的功．2．试验数据处理(1)计算各数据中v2、eq\f(1,2)mv2和相应的合外力做功W的数值并填入下表.数据编号物理量123456速度v2/(m2·s－2)动能eq\f(1,2)mv2/J合外力做功W/J(2)比较各次试验中合外力做的功和物体动能变化的数值，从而得到合外力对物体做的功和物体动能变化之间的关系．三、留意事项1．平衡摩擦力时，不挂重物，轻推小车后，小车能做匀速直线运动．2．计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可．例1某试验小组接受如图2所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，试验中，打点计时器的工作频率为50Hz.图2(1)试验的部分步骤如下：①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；②将小车停在打点计时器四周，______________，________________，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，______________；③转变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．(2)图3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、E计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，图3纸带的测量结果测量点x/cmv/(m·s－1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD7.150.53E9.410.60(3)本试验，若用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的试验误差，应实行的两项措施是：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________.解析(1)将小车停在打点计时器四周后，需先接通电源，再释放小车，让其拖动纸带，待打点计时器在纸带上打下一系列点后，关闭打点计时器电源．(2)在验证C点时，由题图可知，C点与刻度尺上的6.18cm(6.16cm～6.20cm均可)对齐，所以C点距O点的距离是xOC＝5.18cm(5.16cm～5.20cm均可)．从纸带上可知C点的速度就是BD段的平均速度，vC＝eq\f(7.15－3.20,0.08(3)平衡摩擦力后，绳上的拉力就等于小车受到的合外力．当钩码的重力远小于小车及砝码的重力和时，绳上的拉力就近似等于钩码的重力．答案(1)②先接通电源再释放小车关闭打点计时器电源(2)5.18(5.16～5.20均可)0.49(3)①平衡摩擦力②钩码的重力远小于小车及砝码的重力和例2某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”．如图4所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不行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．图4(1)试验主要步骤如下：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．②将小车停在C点，接通电源，________，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，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，|veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)|是两个速度传感器所记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔEk，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ΔEk3＝________，W3＝________.(结果保留三位有效数字)表1数据记录表次数M/kg|veq\o\al(2,2)－veq\o\al(2,1)|/(m/s)2ΔEk/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400ΔEk1.220W341.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430(3)依据表1在图5中作出ΔEk－W图线．图5答案(1)①小车②然后释放小车(2)0.6000.610(3)如图所示1．某同学用如图6甲所示的装置验证动能定理．为了提高试验精度，该同学多次转变小滑块下落高度H的值，测出对应的平抛运动水平位移x，并算出x2如下表所示，进而画出x2－H图线如图乙所示．图6滑块下落高度H平抛水平位移x/cm平抛水平位移的平方x2/cm2h5.530.252h9.182.813h11.7136.894h14.2201.645h15.9252.816h17.6309.767h19.0361.008h20.6424.369h21.7470.89(1)原理分析：若滑块在下滑过程中所受阻力很小，则只要满足________，便可验证动能定理．(2)试验结果分析：试验中获得的图线未过坐标原点，而交在了大约(0.2h,0)处，缘由是____________________．答案(1)x2与H成正比(2)滑块需要克服阻力做功解析(1)若滑块在下滑过程中所受阻力很小，由动能定理，mgH＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，依据平抛运动规律，x＝v0t，h＝eq\f(1,2)gt2，明显x2与H成正比，即只要满足x2与H成正比，便可验证动能定理．(2)试验中获得的图线未过坐标原点，而交在了大约(0.2h,0)处，缘由是滑块需要克服阻力做功．2．质量为1kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动的过程，打点计时器所接电源为6V、50Hz的沟通电源．如图7所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，纸带上的数据表示各计数点与O图7(1)求出B、C、D、E、F各点对应的速度并填入下表.计数点BCDEF速度/(m·s－1)(2)求出物体下落时从O点到B、C、D、E、F各点过程中重力所做的功，并填入下表.计数点BCDEF功/J(3)适当选择坐标轴，在图8中作出重物重力做的功与重物速度的平方之间的关系图像．图中纵坐标表示________，横坐标表示__________，由图可得重力所做的功与________成________关系．(g取9.8m/s图8答案见解析解析(1)由题意知vB＝eq\f(AC,Δt)＝eq\f(125.4－31.4×10－3,4×0.02)m/s≈1.18m/