《备考指南一轮 物理 》课件-实验6

机械能及其守恒定律第五章实验六探究动能定理栏目导航01知识梳理回顾02要点各个击破03配套训练知识梳理回顾1探究动能定理最简单的实验方法就是“自由落体法”(装置与验证机械能守恒定律相同)，而这里介绍另外一种常见的探究动能定理方法——橡皮筋木板法．一、实验目的1．探究外力对物体做功与物体速度变化之间的关系．2．通过对实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系．3．利用图像处理数据．二、实验原理1．改变功的大小：采用如图所示的实验装置，用1条、2条、3条、…规格相同的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、….2．确定速度的大小：小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．3．寻找功与速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标，小车获得的速度v为横坐标，作出W－v或W－v2图像．分析图像，得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系．三、实验器材小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(若使用电火花计时器则不用学生电源)、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺．四、实验步骤1．按原理图将仪器安装好．2．平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止．3．先用1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W，将这一组数据记入表格．4．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，这时橡皮筋对小车做的功为2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．5．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．六、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相平衡．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，为木板找一个合适的倾角．2．测小车速度时，纸带上的点应选均匀分布的，也就是选小车处于匀速运动状态的．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．七、误差分析1．误差的主要来源是由于橡皮筋的长度、粗细不一，而使橡皮筋的拉力做的功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．3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准．【对点小练】(2019年甘肃一模)某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图所示的实验装置．(1)实验时，该同学用钩码的重力表示小车受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为应该采取的措施是________(填选项前的字母)．A．保证钩码的质量远小于小车的质量B．选取打点计时器所打第1点与第2点间的距离约为2mm的纸带来处理数据C．把长木板不带滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力D．必须先接通电源再释放小车(2)如图所示是实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是连续的6个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出小车的质量为M，钩码的总质量为m.从打B点到打E点的过程中，合力对小车做的功是________，小车动能的增量是______________．(用题中和图中的物理量符号表示)要点各个击破2例1用如图所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是__________．要点1实验原理及实验步骤A．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F．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G．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【答案】ABCF【解析】当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，重力沿长木板方向的分力大小等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，A正确；由实验原理可知，B、C正确，D错误；使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车，E错误；橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加，此动能应为小车获得的最大动能，所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度，F正确，G错误．练1某实验小组用如图甲所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”的实验，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．甲

(1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下面做法必要的是________．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____________________．(3)如图乙所示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“动能定理”．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____________．乙

【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，所以所需的器材还应有天平和刻度尺．例2

(2019年抚顺一模)用如图甲所示的实验装置做“探究合力做功与动能变化的关系”实验．请补充完整下列实验步骤的相关内容：要点2数据处理及误差分析甲乙

(1)先用天平测出小车和遮光片的总质量为M、砝码盘的质量为m0；用20分度的游标卡尺测量遮光片的宽度d，如图乙所示，其示数为________mm；按图甲所示安装好实验装置，用刻度尺测量两光电门之间的距离x；(2)在砝码盘中放入适量的砝码；适当调节长木板的倾角，直到向右轻推小车，遮光片先后通过光电门A和光电门B的时间相等；(3)只取下砝码，已经连好的细线和砝码盘不动，记下________(填写相应物理量及其符号)；(4)再次让小车拉着砝码盘从靠近滑轮处由静止释放，记录遮光片通过光电门A和光电门B所用的时间tA和tB；【答案】(1)5.25

(3)取下的砝码的总质量m

(5)mgx

(7)BD【解析】(1)游标卡尺的主尺读数为：5mm，游标尺上第5个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为5×0.05mm＝0.25mm，所以最终读数为：5mm＋0.25mm＝5.25mm.(3)在砝码盘中放入适量砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等，此时小车做匀速运动，取下细绳和砝码盘，记下取下的砝码盘的总质量m.(7)尽量增大两光电门间的距离x，距离大一些，误差小一些，选项A错误；调整滑轮，使细线与长木板平行，否则取砝码后，合力不等于砝码的重力，选项B正确；本实验没有用砝码盘和盘中砝码的重力代替绳子的拉力，不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，选项C错误；本实验用遮光片通过光电门时的平均速度作为小车的瞬时速度，遮光片的宽度d越小，平均速度越接近瞬时速度，遮光片的宽度

d适当窄一些可以减小实验误差，选项D正确．练2

(2019年赤峰名校模拟)用如图甲所示装置做“验证动能定理”的实验．实验中，小车碰到制动挡板时，钩码尚未到达地面．(1)为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是________(选填选项前的字母)．A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力C．调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行D．所加钩码的质量尽量大一些(2)图乙是某次实验中打出纸带的一部分．O、A、B、C为4个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有4个打出的点没有画出，所用交流电源的频率为50Hz.通过测量，可知打点计时器打B点时小车的速度大小为__________m/s.(3)甲同学经过认真、规范的操作，得到一条点迹清晰的纸带．他把小车开始运动时打下的点记为O，再依次在纸带上取等时间间隔的1、2、3、4、5、6等多个计数点，可获得各计数点到O的距离s及打下各计数点时小车的瞬时速度v.图丙是根据这些实验数据绘出的v2－s图像．已知此次实验中钩码的总质量为0.015kg，小车中砝码的总质量为0.100kg，取重力加速度g＝9.8m/s2，则由图像可知小车的质量为________kg(结果保留2位有效数字)．(4)在钩码质量远小于小车质