高考物理复习第五章机械能实验五探究动能定理

试验五探究动能定理1/37试验基础热点定位跟踪训练2/37试验基础·了解落实

夯基础3/37●注意事项1.平衡摩擦力.因为我们用绳拉力确定对小车做功,所以应设法排除其它力影响,实际操作中是采取把木板一端垫高、用小车重力分力和阻力平衡方法来消除阻力影响.2.尽可能减小小车加速度.因为砝码和小盘拉着小车加速运动时,砝码和小盘处于失重状态,小车受到拉力小于砝码和小盘总重力.为减小这一系统误差,应使小车加速度尽可能小,也就是试验中必须满足砝码和小盘总质量远小于小车质量.●误差分析1.试验中我们把拉力对小车做功与砝码和小盘总重力所做功认为是一样,但实际上二者并不相同,这是因为砝码和小盘总重力与绳拉力是不一样.2.在m≪M时,细绳拉力近似等于砝码和小盘总重力,误差较小;m越大,误差越大.所以试验中应使小车质量远大于砝码和小盘总质量.4/37热点定位·重点透析

通热点热点一试验原理和步骤【例1】

(·吉林长春二模)如图(甲)所表示为验证动能定理试验装置,较长小车前端固定有力传感器,能测出小车所受拉力,小车上固定两个完全相同遮光条A,B,小车、传感器及遮光条总质量为M,小车放在安装有定滑轮和光电门光滑轨道D上,光电门可统计遮光条A,B经过它时挡光时间.用不可伸长细线将小车与质量为m重物相连,轨道放在水平桌面上,细线与轨道平行(滑轮质量、摩擦不计).(1)用螺旋测微器测遮光条宽度,如图(乙)所表示,则遮光条宽度d=

mm.

(2)试验过程中

(填“需要”或“不需要”)满足M远大于m.

5/37(3)试验主要步骤以下:①测量小车、传感器及遮光条总质量M,测量两遮光条距离L;按图(甲)正确连接器材.②由静止释放小车,小车在细线拉动下运动,统计传感器示数F及遮光条A,B经过光电门挡光时间tA和tB,则验证动能定理表示式为

.(用字母M,F,L,d,tA,tB表示)

〚关键点拨〛(1)对螺旋测微器在读转动刻度时,一定要估读.(2)要了解力传感器示数与重物重力关系.解析:(1)依据螺旋测微器读数规则,遮光条宽度d=0.400mm.(2)因为试验中小车力由力传感器测出,所以无需M远大于m.6/37答案:(1)0.400(0.399～0.401均可)(2)不需要7/37方法技巧

处理“探究动能定理”试验时注意点(1)正确了解试验原理,不一样试验方法测量量不一样,但均是对比外力做功与动能改变数值.(2)要善于将类似试验方法进行迁移.8/37【教师备用】(多项选择)“探究动能定理”试验装置如图所表示,当小车在两条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做功记为W0.当用4条、6条、8条……完全相同橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……试验时,橡皮筋对小车做功记为2W0,3W0,4W0……,每次试验中由静止弹出小车取得最大速度可由打点计时器所打纸带测出.关于该试验,以下说法正确是()A.本试验不需要平衡摩擦力B.试验中使用若干根橡皮筋原长能够不相等C.每次试验中应使小车从同一位置由静止弹出D.利用每次测出小车最大速度vm和橡皮筋做功W,依次作出W-vm,W-vm2,W-vm3,W2-vm,W3-vm……图像,直到找出协力做功与物体速度改变关系.CD9/3710/37热点二试验数据处理【例2】质量为1kg重物自由下落,经过打点计时器在纸带上统计下运动过程,打点计时器所接电源为“6V,50Hz”交流电源,如图(甲)所表示,纸带上O点为重物自由下落时打点起点,选取计数点A,B,C,D,E,F,G依次间隔一个点(图中未画出),各计数点与O点距离依次为31.4,70.6,125.4,195.9,282.1,383.8,501.2,单位为mm,重力加速度为9.8m/s2.(1)求出B,C,D,E,F各点速度填入下表.计数点BCDEF速度/(m·s-1)11/37(2)填入重物下落从起点到图中各点过程中重力所做功.计数点BCDEF功/J(3)适当选择坐标轴,在图(乙)中作出重力做功与速度相关量之间关系图.图中纵坐标表示

,横坐标表示

,由图可得重力所做功与

成

关系.

12/37(2)计算重力做功公式W=mg·Δh.(2)重力做功由W=mgΔh求出,WB=mg=1×9.8×70.6×10-3J≈0.69J,同理WC≈1.23J,WD≈1.92J,WE≈2.76J,WF≈3.76J.(3)如图所表示13/37答案:(1)1.181.571.962.352.74(2)0.691.231.922.763.76(3)关系图看法析重力做功WG速度二次方v2速度二次方v2正比14/37【教师备用】(·湖南衡阳联考)某同学为探究协力做功与物体动能改变关系,设计了以下试验,他操作步骤是:①按图(甲)摆好试验装置,其中小车质量M=0.4kg,钩码总质量m=0.1kg.②先接通打点计时器电源(电源频率f=50Hz),然后释放小车,打出一条纸带.(1)经过屡次重复试验,他从打出多条纸带中选出一条打点清楚,如图(乙)所表示.把打下第一点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1=0.041m,d2=0.055m,d3=0.167m,d4=0.256m,d5=0.360m…他把钩码重力(当地重力加速度g=9.8m/s2)作为小车所受协力,算出0点到第4个计数点协力做功W=

J,打下第4个计数点时小车动能Ek=

J.(结果保留三位有效数字)

15/37答案:(1)0.2510.18616/37(2)由此试验探究结果,他未能得到“协力对物体做功等于动能改变”,且误差很大,主要原因有

.(只需答一条)

解析:(2)主要原因:①钩码质量太大;②没有平衡摩擦力.答案:(2)看法析17/37热点三试验创新与改进18/3719/37新题体验1.在“探究功与物体速度改变关系”试验中,某试验探究小组试验装置如图(甲)所表示.木块从A点由静止释放后,在1根弹簧作用下弹出,沿水平长木板运动到B1点停下,O点为弹簧原长时所处位置,测得OB1距离为L1,并将此过程中弹簧对木块做功记为W.用完全相同弹簧2根、3根……并在一起进行第2次、第3次……试验,每次试验木块均从A点释放,木块分别运动到B2,B3……停下,测得OB2,OB3……距离分别为L2,L3……,弹簧对木块做功分别记为2W,3W……,作出弹簧对木块做功W与木块停下位置距O点距离LW-L图像,如图(乙)所表示.20/37(1)依据图线分析,弹簧对木块做功W与木块在O点速度v0之间关系为

.

A.W与v0成正比 B.W与v0成线性关系C.W与v0二次方成正比 D.W与v0二次方成线性关系(2)图线与纵轴交点物理意义是

.

(2)依据动能定理全过程表示式,W-L图线不经过原点,是因为未计木块经过AO段时摩擦力对木块所做功(或未计AO段木块克服摩擦力所做功).答案:(1)D(2)AO段木块克服摩擦力所做功21/372.某试验小组利用图示装置进行“探究动能定理”试验,试验步骤以下:A.挂上钩码,调整长木板倾角,轻推小车后,使小车能沿长木板向下做匀速运动;B.打开速度传感器,取下轻绳和钩码,保持A中调整好长木板倾角不变,让小车从长木板顶端由静止下滑,分别统计小车经过速度传感器1和速度传感器2时速度大小v1和v2;C.重新挂上细绳和钩码,改变钩码个数,重复A到B步骤.22/37回答以下问题:(1)按上述方案做试验,长木板表面粗糙对试验结果是否有影响?

(填“是”或“否”);

(2)若要验证动能定理表示式,还需测量物理量有

;

A.悬挂钩码总质量m B.长木板倾角θC.两传感器间距离l D.小车质量M(3)依据试验所测物理量,动能定理表示式为

.(重力加速度为g)

23/3724/37跟踪训练·即时巩固

测效果1.如图所表示,某组同学在做“探究功与速度改变关系”试验时,他们将轨道一端垫得很高,并让小车从图示位置由静止释放.25/37(1)请指出其中错误(或不妥)三处:

、

、

.

(2)改进上述错误后,详细实际操作中还要求(写出两条即可):

.

、

.

答案:(1)电磁打点计时器错接直流电源平衡摩擦力过分(倾角太大)小车释放位置离计时器太远(2)所用橡皮筋规格相同先接通电源后释放小车26/372.(·福建卷,19)在“探究恒力做功与动能改变关系”试验中[装置如图(甲)]:27/37(1)以下说法哪一项是正确

.(填选项前字母)

A.平衡摩擦力时必须将钩码经过细线挂在小车上B.为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量C.试验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放解析:(1)平衡摩擦力是让小车重力下滑分力与摩擦力平衡,故不能挂钩码平衡摩擦力,选项A错误;该试验中,可近似用钩码重力表示小车所受到拉力,所以应使钩码质量远小于小车质量,选项B错误;试验时,为充分利用纸带,应使小车靠近打点计时器由静止释放,选项C正确.答案:(1)C28/37(2)图(乙)是试验中取得一条纸带一部分,选取O,A,B,C计数点,已知打点计时器使用交流电频率为50Hz,则打B点时小车瞬时速度大小为

m/s(保留三位有效数字).

答案:(2)0.65329/373.某同学验证动能定理试验装置如图(甲)所表示.水平桌面上固定一倾斜气垫导轨;导轨上A点处有一带遮光片长方形滑块,其总质量为M,试验步骤以下:①用游标卡尺测出遮光片宽度d;②安装好试验器材,给气垫导轨接上气源,然后读出拉力传感器示数,记为F,同时从气垫导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间距离L;③剪断细绳,让滑块滑向光电门,并统计滑块经过光电门时间t;④屡次改变滑块与光电门之间距离,统计对应L与t值,结果以下表所表示.12345L(m)0.6000.8001.0001.2001.400t(ms)8.227.176.445.855.431/t2(104s-2)1.481.952.412.923.3930/37试分析以下问题:(1)用游标卡尺测量遮光片宽度d测量结果如图(乙)所表示,则d=

cm.

(2)剪断细绳后,滑块开始加速下滑,则其受到合外力为

.

解析:(1)宽度d=1.00cm.(2)剪断细绳前拉力传感器示数便是剪断细绳后滑块沿斜面滑动所受到合外力,即F.答案:(1)1.00(2)F31/3732/3733/37解析:(4)所作图像如图所表示.答案:(4)图像看法析能得到试验图像为线性图像34/374.(·四川资阳模拟)某兴趣小组准备探究“合外力做功和物体速度改变关系”,试验前组员们提出了以下几个猜测:①W∝v;②W∝v2;③W∝.为了验证猜测,他们设计了如图(甲)所表示试验装置.PQ为一块倾斜放置木板,在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次经过Q点速度).在刚开始试验时,小刚同学提出“不需要测出物体质量,只要测出物体初始位置到速度传感器距离L和读出速度传感器读数v就行了”,大家经过讨论采纳了小刚提议.35/37(1)请你说明小刚提议理由: