【步步高】（新課標(biāo)）高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 實驗五 探究動能定理（含解析）(1).doc

實驗五探究動能定理考綱解讀 1.通過實驗探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系.2.通過分析論證和實驗探究的過程，培養(yǎng)實驗探究能力和創(chuàng)新精神基本實驗要求規(guī)律方法總結(jié)1實驗?zāi)康模禾骄抗εc物體速度變化的關(guān)系2實驗原理(1)一根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功為w.(2)兩根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應(yīng)為2w.(3)三根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應(yīng)為3w.(4)利用打點計時器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定速度變化與功的關(guān)系3實驗器材橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、鐵釘?shù)?實驗步驟(1)墊高木板的一端，平衡摩擦力(2)拉伸的橡皮筋對小車做功：用一條橡皮筋拉小車做功w.用兩條橡皮筋拉小車做功2w.用三條橡皮筋拉小車做功3w.(3)測出每次做功后小車獲得的速度(4)分別用各次實驗測得的v和w繪制wv或wv2、wv3、圖象，直到明確得出w和v的關(guān)系5實驗結(jié)論：物體速度v與外力做功w間的關(guān)系wmv2.1實驗注意事項(1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動，找到長木板的一個合適的傾角(2)測小車速度時，應(yīng)選紙帶上的點均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動的部分(3)橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值(4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點多一些2實驗探究的技巧與方法(1)不直接計算w和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次實驗中的w和v是第1次的多少倍，簡化數(shù)據(jù)的測量和處理(2)做wv圖象，或wv2、wv3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線考點一對實驗原理及誤差分析的考查例1探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實驗裝置如圖1所示，實驗主要過程如下：圖1(1)設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為w、2w、3w、；(2)分析打點計時器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3、；(3)作出wv草圖；(4)分析wv圖象如果wv圖象是一條直線，表明wv；如果不是直線，可考慮是否存在wv2、wv3、w 等關(guān)系以下關(guān)于該實驗的說法中有一項不正確，它是_a本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為w、2w、3w、.所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實驗時，橡皮筋對小車做的功為w，用2條、3條、橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是2w、3w、b小車運(yùn)動中會受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ鞘鼓景暹m當(dāng)傾斜c某同學(xué)在一次實驗中，得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點，兩端密、中間疏出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小d根據(jù)記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點到最后一點的距離來進(jìn)行計算解析由于選用同樣的橡皮筋，并且每次實驗中橡皮筋拉伸的長度相同，因此每條橡皮筋對小車做的功都相同，故a正確；小車在運(yùn)動中受到的阻力，采取平衡摩擦力的方法補(bǔ)償，讓木板固定有打點計時器的一端適當(dāng)抬高，使重力的下滑分力與阻力平衡，故b正確；紙帶上的點兩端密、中間疏，說明小車先在橡皮筋拉力作用下加速，后在阻力作用下減速，故c正確；由于橡皮筋松馳后，小車做勻速運(yùn)動，此時的速度是橡皮筋對小車做功后的最大速度，故求速度應(yīng)該用做勻速運(yùn)動的那一段紙帶的數(shù)據(jù)，而不應(yīng)該用從第一點到最后一點的數(shù)據(jù)來計算，故d錯誤答案d考點二對實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理的考查例2某探究學(xué)習(xí)小組的同學(xué)欲探究“恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”，他們在實驗室組裝了一套如圖2所示的裝置，另外他們還找到打點計時器以及學(xué)生電源、天平、刻度尺、細(xì)線、復(fù)寫紙、紙帶、小桶和砂子若干并將小車連接上紙帶，用細(xì)線通過滑輪掛上小砂桶圖2(1)某同學(xué)的實驗步驟如下：用天平稱量小車的質(zhì)量m和砂與小桶的總質(zhì)量m.讓砂與小桶帶動小車加速運(yùn)動，用打點計時器記錄其運(yùn)動情況，在打點計時器打出的紙帶上取兩點，測出這兩點的間距為l，算出打這兩點的速度v1與v2.本實驗裝置圖(準(zhǔn)備放開小車時刻)中有什么缺點或錯誤？要完成本實驗，還缺哪些重要實驗步驟？本實驗認(rèn)為小車所受合外力等于砂與小桶的總重力，則應(yīng)控制的實驗條件是什么？(2)在實驗操作正確的前提下，若挑選的一條點跡清晰的紙帶如圖3所示，已知相鄰兩個點間的時間間隔為t，從a點到b、c、d、e、f點的距離依次為x1、x2、x3、x4、x5，則由此可求得紙帶上由b點到e點所對應(yīng)的過程中，合外力對小車所做的功w_；該小車動能改變量的表達(dá)式為ek_(結(jié)果用題中已知物理量的符號表示)；若滿足_，則動能定理得證圖3解析本題考查探究“恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”的實驗，意在考查學(xué)生對該實驗的理解(1)由實驗過程以及實驗裝置圖可知，實驗裝置圖中細(xì)線與軌道平面應(yīng)平行；初始時刻，小車應(yīng)緊靠打點計時器；所缺步驟為：調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度，使小車在無拉力時能在軌道上勻速運(yùn)動(或平衡摩擦力)；(2)由做功及動能變化量可知，wmg(x4x1)，ekm()2()2，只要滿足wek，則動能定理得證答案(1)細(xì)線與軌道平面應(yīng)平行；初始時刻，小車應(yīng)緊靠打點計時器調(diào)節(jié)軌道的傾斜程度，使小車在無拉力時能在軌道上勻速運(yùn)動(或平衡摩擦力)mm(2)mg(x4x1)m()2()2或(x5x3)2xwek創(chuàng)新實驗設(shè)計1本實驗中雖然不需計算出橡皮筋每次做功的具體數(shù)值，但需計算出每次小車獲得的速度，由于距離的測量存在一定誤差，使得速度的大小不準(zhǔn)確，在此可以安裝速度傳感器進(jìn)行實驗2本實驗也可用鉤碼牽引小車完成，在小車上安裝拉力傳感器測出拉力的大小，再測出位移的大小，進(jìn)而確定力做功的多少例3某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“外力做功與物體動能變化的關(guān)系”如圖4所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小在水平桌面上相距50.0 cm的a、b兩點(a、b兩點圖中未標(biāo)出)各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過a、b時的速度大小小車中可以放置砝碼圖4(1)實驗主要步驟如下：測量_和拉力傳感器的總質(zhì)量m1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路將小車停在桌面右端靠近打點計時器處，_，小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動，記錄細(xì)線拉力及小車通過a、b時的速度在小車中增加砝碼，或_，重復(fù)的操作(2)表格中是他們測得的幾組數(shù)據(jù)，其中m是m1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|vv| 是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量e，f是拉力傳感器受到的拉力，w是f在a、b間所做的功表格中e3_，w3_.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)m/kg|vv| /(m/s)2e/jf/nw/j10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40e31.220w341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43(3)根據(jù)表格，請在圖5中的方格紙上作出ew圖線圖5解析(1)在實驗過程中拉力對小車、砝碼和傳感器做功使小車、砝碼和傳感器的動能增加，所以需要測量小車、砝碼和拉力傳感器的總質(zhì)量；通過控制變量法只改變小車的質(zhì)量或只改變拉力的大小得出不同的數(shù)據(jù)(2)通過拉力傳感器的示數(shù)和ab的長度l，用wfl可計算拉力做的功(3)利用圖象法處理數(shù)據(jù)，由動能定理wm(vv)可知w與e成正比，作圖可用描點法答案(1)小車、砝碼 接通電源，釋放小車減少鉤碼(2)0.6000.610(3)如圖所示1關(guān)于“探究動能定理”的實驗中，下列敘述正確的是()a每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值b每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致c放小車的長木板應(yīng)盡量使其水平d先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出答案d解析實驗中沒有必要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測出后來各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，a錯誤；為了使以后各次實驗中橡皮筋做的功是第一次實驗時的整數(shù)倍，必須使每次實驗中橡皮筋拉伸的長度保持一致，b錯誤；為了減小誤差，實驗中應(yīng)使長木板傾斜以平衡摩擦力，c錯誤；實驗中應(yīng)先接通電源，然后再釋放小車，d正確2某學(xué)習(xí)小組做“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗裝置如圖6所示圖中小車在一條橡皮筋作用下彈出沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為w.當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實驗時，使每次實驗中橡皮筋伸長的長度都完全相同每次實驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶求出通過實驗數(shù)據(jù)分析可以得出功與物體速度變化的關(guān)系圖6(1)實驗操作中需平衡小車受到的摩擦力，其最根本的目的是_a防止小車不能被橡皮筋拉動b保證橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功c便于小車獲得較大的彈射速度d防止紙帶上點跡不清晰(2)如圖7是某同學(xué)在正確實驗操作過程中得到的一條紙帶，o、a、b、c、d、e、f為選取的計數(shù)點，相鄰的兩個計數(shù)點間有一個點沒有畫出，各計數(shù)點到o點的距離分別為：0.87 cm、4.79 cm、8.89 cm、16.91 cm、25.83 cm、34.75 cm，若打點計時器的打點頻率為50 hz，則由該紙帶可知本次實驗中橡皮筋做功結(jié)束時小車的速度是_m/s.圖7答案(1)b(2)2.23解析(1)平衡摩擦力的根本目的是保證橡皮筋對小車做的功等于小車動能的變化，即合外力做的功；(2)由已知數(shù)據(jù)計算出相鄰兩點間的距離，可知e點速度最大，此時小車的動能等于橡皮筋做的功3如圖8所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形這時，橡皮筋對小車做的功記為w.當(dāng)我們把2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出圖8(1)除了圖中已給出的實驗器材外，還需要的器材有_；(2)實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動，應(yīng)采取的措施是_；(3)每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測量；(4)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2次、第3次實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置；數(shù)據(jù)物理量橡皮筋做的功10個間距的距離x(m)10個間距的時間t(s)小車獲得的速度vn小車速度的平方v1w0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2(5)從理論上講，橡皮筋做的功wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是wn_，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖9所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性圖9(6)若在實驗中你作出的圖線與理論的推測不完全一致，你處理這種情況的做法是_答案(1)刻度尺(2)把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力(3)點距均勻(4)2w、3w、4w、5w(5)v圖象見解析圖(6)分析誤差來源，改進(jìn)實驗方案或測量手段，重新進(jìn)行實驗解析(1)計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離，要用刻度尺(2)要讓小車在木板上勻速運(yùn)動，因而木板要傾斜以平衡摩擦力(3)小車勻速運(yùn)動時，紙帶上的點的間隔均勻(4)橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加w.(5)縱坐標(biāo)表示速度的平方，橫坐標(biāo)表示功，利用描點法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點，然后用平滑曲線連線作出vwn圖象，如圖所示(6)分析誤差來源，改進(jìn)實驗方案或測量手段，重新進(jìn)行實驗4(2013四川理綜8(2)如圖10所示，某組同學(xué)借用“探究a與f、m之間的定量關(guān)系”的相關(guān)實驗思想、原理及操作，進(jìn)行“研究合外力做功和動能變化的關(guān)系”的實驗：圖10為達(dá)到平衡阻力的目的，取下細(xì)繩及托盤，通過調(diào)整墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做_運(yùn)動連接細(xì)繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖11所示的紙帶紙帶上o為小車運(yùn)動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1 s的相鄰計數(shù)點a、b、c、d、e、f、g.實驗時小車所受拉力為0.2 n，小車的質(zhì)量為0.2 kg.圖11請計算小車所受合外力做的功w和小車動能的變化ek，補(bǔ)填表中空格(結(jié)果保留至小數(shù)點后第四位).obocodoeofw/j0.04320.05720.07340.0915ek/j0.04300.05700.07340.0907分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)wek，與理論推導(dǎo)結(jié)果一致實驗前已測得托盤質(zhì)量為7.7103kg，實驗時該組同學(xué)放入托盤中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為_kg(g取9.8 m/s2，結(jié)果保留至小數(shù)點后第三位)答案勻速直線(或勻速)0.111 50.110 50.015解析取下細(xì)繩與托盤后，當(dāng)摩擦力恰好被平衡時，小車與紙帶所受合力為零，獲得初速度后應(yīng)做勻速直線運(yùn)動由題圖可知55.75 cm，再結(jié)合v可得打下計數(shù)點f時的瞬時速度vf1.051 m/s2，故wf0.111 5 j，ekmv0.110 5 j.根據(jù)牛頓第二定律有：對小車fma，得a1.0 m/s2；對托盤及砝碼(mm0)gf(mm0)a，故有mm0 kg7.7103 kg0.015 kg5為了“探究動能改變與合外力做功”的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案：第一步：把帶有定滑輪