高考物理一轮复习-实验五-探究动能定理

实验五探究动能定理一、实验目的1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。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。二、实验原理与要求[规律方法总结]实验注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。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做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角。(2)应使托盘和砝码的总质量远小于小车质量。(3)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。命题点一教材原型实验实验原理与操作[典例1]

某实验小组用如图1所示的实验装置和实验器材做“探究做功与物体速度变化的关系”实验。在实验中，该小组同学把沙和沙桶的总重力当作小车受到的合外力。图1(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面的做法必要的是________(填选项前的字母)。A．实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作B．实验操作时要先释放小车，后接通电源C．在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好D．在实验过程中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量(2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有________________。AD刻度尺、天平(3)图2为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究功与速度变化的关系。已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g。图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为M，沙和沙桶的总质量为m，请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来：__________________________________________________________。图2

[解析]

(1)实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作，以保证小车所受合外力恰好是细线的拉力，故A正确；实验操作时，若先放开小车，再接通打点计时器的电源，由于小车运动较快，可能打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故B错误；在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近则测量误差越大，故C错误；在实验过程中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，这样才能使得沙和沙桶的总重力近似等于细线对小车的拉力，故D正确。

(2)本题的实验原理是验证沙桶和沙的总重力做的功等于小车动能的增加量，所以要测沙和沙桶的总质量、小车的质量，还要测纸带上各点的距离来求速度，所以还需要的器材有天平和刻度尺。数据处理与分析[典例2]

某兴趣小组用如图1所示的装置验证动能定理。图1(1)有两种工作频率均为50Hz的打点计时器供实验选用：A．电磁打点计时器B．电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或“B”)。(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是________(选填“甲”或“乙”)。B乙(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码，接通打点计时器电源，松开小车，小车运动，纸带被打出一系列点，其中的一段如图2所示，纸带上A点的速度vA＝________m/s。图20.31

远大于

实验器材创新[典例3]

某高三物理实验小组利用气垫导轨进行“验证动能定理”实验。实验装置如图甲所示，气垫导轨的两个底脚间距为L，右侧底脚距桌面的高度为h，两光电门A、B中心的距离为s，重力加速度为g。命题点二实验创新设计(1)用螺旋测微器测滑块上遮光条的宽度d，其示数如图乙所示，则d＝________mm。(2)释放滑块，测定遮光条分别经过光电门A、B的时间tA、tB，当各已知量和测定量之间满足表达式__________________________时，即说明滑块在光电门A、B间的运动过程满足动能定理。(3)若需要多次重复实验来验证，则每次实验中________________(选填“需要”或“不需要”)将滑块从同一位置释放。6.800

不需要(3)由于本实验中每次都可以计算出经过光电门的速度，则不需要满足每次经过光电门的速度相同，故不需要每次实验中将滑块从同一位置释放。创新评价本题的创新点体现在两处：(1)速度测量创新：利用光电门和遮光片的宽度确定小车经过A、B两点的速度，替代利用纸带计算速度。(2)做功方式创新：滑块重力做功替代橡皮筋做功。

实验目的创新[典例4]

某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究，实验装置如图(a)所示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接。向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能。(a)(1)实验中涉及下列操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④向左推物块使弹簧压缩，并测量弹簧压缩量上述步骤正确的操作顺序是____________(填入代表步骤的序号)。④①③②(2)图(b)中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果。打点计时器所用交流电的频率为50Hz。由M纸带所给的数据，可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为________m/s。比较两纸带可知，________(选填“M”或“L”)纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大。(b)1.29M创新评价本题的创新点体现在两处：(1)本实验是把探究功和动能变化关系的实验拓展为轻弹簧的弹性势能与动能变化关系。(2)将橡皮筋改为弹簧。

实验情景创新[典例5]

某同学利用如图甲所示的装置探究动能定理。固定并调整斜槽，使它的末端O点的切线水平，在水平地面上依次铺放好木板、白纸、复写纸。将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H，并根据落点位置测量出小球平抛的水平位移x。甲乙改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：

高度H(h为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h水平位移x(cm)5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，斜槽底端离地面的高度为y，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滚下的过程中，动能定理若成立应满足的关系式是________________________。(2)以H为横坐标，以_______为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如图乙所示。(3)由第(1)(2)问，可以得出结论________________________________________________________________________________________________________________________________。x2

在实验误差允许的范围内，小球运动到斜槽底端的过程中，合外力对小球所做的功等于小球动能的增量

(2)根据以上分析可知，以H为横坐标，以x2为纵坐标，在坐标纸上描点作图，如题图乙所示。(3)由第(1)(2)问，结合图像可得：在实验误差允许的范围内