高考物理一輪復(fù)習(xí) 5.5實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理

1、第五講實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理,回扣教材 夯實(shí)基礎(chǔ) 落實(shí)考點(diǎn),基礎(chǔ)自主溫故,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究外力對(duì)物體做功與物體 的關(guān)系 2通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、總結(jié)出做功與物體 的正比關(guān)系,速度,速度的平方,二、實(shí)驗(yàn)原理 探究功與物體速度變化的關(guān)系，可通過(guò)改變力對(duì)物體做的功，測(cè)出力對(duì)物體做不同功時(shí)物體的速度，為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)可將物體初速度設(shè)置為零，可用下圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)增加橡皮筋的 使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加，再通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和 來(lái)測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度v,條數(shù),紙帶,三、實(shí)驗(yàn)器材 小車(前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼、長(zhǎng)木板兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘、 及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(使用電

2、火花計(jì)時(shí)器不用學(xué)生電源)、56條等長(zhǎng)的橡皮筋、_,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,刻度尺,四、實(shí)驗(yàn)步驟 1按原理圖將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好 2平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端下面墊一塊木板，反復(fù)移動(dòng)木板的位置，直至小車上不掛橡皮筋時(shí)，紙帶打出的點(diǎn)間距均勻，即小車能勻速運(yùn)動(dòng)為止 3先用1條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格,4用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為2W，測(cè)得小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格 5用3條、4條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出功和速度，記入表格,五、數(shù)據(jù)處理 1測(cè)量小車的速度：

3、實(shí)驗(yàn)獲得如圖所示的紙帶，為探究橡皮筋彈力做的功和小車速度的關(guān)系,2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄,3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析 在坐標(biāo)上畫出Wv和Wv2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位,4實(shí)驗(yàn)結(jié)論 由圖象可知功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2,考點(diǎn)深析 拓展延伸 詳講精練,考點(diǎn)探究講練,1平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法：使小車連著紙帶并接通電源，輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到長(zhǎng)木板一個(gè)合適的傾角 2測(cè)量小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻分布的，也就是選小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的那部分紙帶,3橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的，力對(duì)小車做功以一條橡皮筋做的

4、功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值 4開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且要先接通電源，再釋放小車 5選擇小車時(shí)，小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)盡量多一些,1系統(tǒng)誤差 誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一致使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比 改進(jìn)方法：選擇規(guī)格相同的橡皮筋 2偶然誤差 (1)利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)造成誤差 改進(jìn)方法：多次測(cè)量位移x，求平均值 (2)沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大，造成誤差 改進(jìn)方法：平衡摩擦力要適當(dāng),1本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動(dòng)速度可以使用速度傳感器直接采集，比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較??；小車受到的外力也可以用拉力傳感器采集

5、以便于直接計(jì)算出合外力做功的大小 2可以把長(zhǎng)木板換成氣墊導(dǎo)軌，省略平衡摩擦力的操作步驟，達(dá)到簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的目的,探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，當(dāng)小車在2條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W0.當(dāng)用4條、6條、8條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W0、3W0、4W0，每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出,例 1,2)圖乙給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶，從中截取了測(cè)量物體最大速度所用的一段紙帶，測(cè)得O點(diǎn)到A、B、C、D、E各點(diǎn)的距離分別為OA5.65 cm，OB7.12 cm，OC8.78 cm

6、，OD10.40 cm，OE11.91 cm.已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02 s，則小車獲得的最大速度vm_m/s,解析】(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一定用交流電源，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中一定要用相同的橡皮筋，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；每次釋放小車，應(yīng)使小車從同一位置由靜止出發(fā)，這樣才能使每次釋放小車后，每根橡皮筋做功相同，故選項(xiàng)C正確；在探究小車最大速度和橡皮筋做功W之間關(guān)系時(shí)，要做出各種不同的可能關(guān)系圖象，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系，故選項(xiàng)D正確,答案】(1)CD(2)0.82,探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,變式訓(xùn)練 1,下列說(shuō)法正確的是() A通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)改

7、變拉力做功的數(shù)值 B通過(guò)改變橡皮筋的長(zhǎng)度改變拉力做功的數(shù)值 C通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度 D通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度,解析：在本實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功，因?yàn)橄嗤?guī)格的橡皮筋有相同的形變量具有相同的彈性勢(shì)能，以一條橡皮筋拉伸后對(duì)物體做的功W為單位，改變橡皮筋的條數(shù)就改變了拉力做功的數(shù)值，而且可以計(jì)算，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；利用紙帶上打出的點(diǎn)間距均勻的部分求出小車運(yùn)動(dòng)的最大速度，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案：AC,某學(xué)習(xí)小組做“探究合力的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈

8、出，沿木板滑行，這時(shí)，橡皮筋對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出,例 2,1)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是() A橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài) B橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài) C小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處 D小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線,2)在正確操作情況下，打下的一條紙帶如圖所示，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測(cè)量,3)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表,從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度

9、vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn_.請(qǐng)運(yùn)用表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在圖乙所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象，驗(yàn)證理論的正確性,思路指導(dǎo)】若木板水平放置，小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到摩擦阻力作用，當(dāng)橡皮筋的彈力等于小車受到阻力時(shí)，小車的速度最大測(cè)量最大速度時(shí)應(yīng)選用小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)來(lái)測(cè)量，即紙帶上點(diǎn)跡分布均勻的那段紙帶進(jìn)行測(cè)量通過(guò)比較表中記錄的數(shù)據(jù)，作出合適的圖象，得到Wn和vn的正確關(guān)系,解析】(1)若木板水平放置，小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程受到摩擦阻力和橡皮筋彈力作用，當(dāng)橡皮筋彈力等于摩擦阻力時(shí)小車的速度最大，故選項(xiàng)B正確 (2)木板傾斜時(shí)，在正確操作情況下，小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度最大在紙帶上點(diǎn)距均勻分布的GK段測(cè)量，計(jì)算小車的速度,如圖1所示是

10、某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，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(shí)，橡皮筋對(duì)小車做功記為W.當(dāng)用2條、3條、n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、第n次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出，圖2甲為某次實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶,變式訓(xùn)練 2,1)除了圖1中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外，還需要的器材有_ (2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是_ _,圖1,3)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表,從理論上講，橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn_，請(qǐng)

11、你運(yùn)用表中的數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象，以驗(yàn)證理論的正確性,圖2,2014年天津卷)某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車動(dòng)能變化的關(guān)系此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,例 3,1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些_ (2)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行他這樣做的目的是下列的哪個(gè)_(填字母代號(hào)) A避免小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng) B可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰 C可以保

12、證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng) D可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力,3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動(dòng)過(guò)快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車速度在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決辦法：_ _,4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動(dòng)能增量大一些這一情況可能是下列哪些原因造成的_(填字母代號(hào)) A在接通電源的同時(shí)釋放了小車 B小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近 C阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉 D鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力,思路指導(dǎo)】該實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定小車質(zhì)量，以及小

13、車的瞬時(shí)速度，小車的位移，所以需要天平、刻度尺，由于本實(shí)驗(yàn)近似認(rèn)為鉤碼的重力等于細(xì)繩對(duì)小車的拉力，所以本實(shí)驗(yàn)存在誤差 【解析】(1)實(shí)驗(yàn)要處理紙帶速度，需要刻度尺，要分析小車動(dòng)能變化，必須測(cè)出小車的質(zhì)量，因此還需天平 (2)實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)定滑輪高度，使細(xì)繩與木板平行，可保證平衡摩擦力后使繩的拉力等于小車所受合力、若不平衡，細(xì)繩的拉力在垂直于木板方向上有分力，改變了小車對(duì)木板的正壓力，從而改變了摩擦力，不能使細(xì)繩的拉力等于小車所受合力，故選項(xiàng)D正確,3)在所掛鉤碼個(gè)數(shù)不變的情況下，要減小小車的加速度，可以增大小車的質(zhì)量，即可以在小車上加適量的砝碼(或鉤碼) (4)如果將鉤碼的重力當(dāng)做細(xì)繩的拉力，發(fā)現(xiàn)拉力的功比小車的動(dòng)能的增量大，原因可能是阻力未完全平衡掉，因此繩的拉力做功并不是小車合外力做功，小車還要克服阻力做功；也可能小車加速運(yùn)動(dòng)，小車的加速度較大，造成繩的拉力小于鉤碼的重力，導(dǎo)致拉力做功小于鉤碼重力做功，即小車動(dòng)能增量小于繩的拉力做功，故選項(xiàng)C、D正確 【答案】(1)刻度尺、天平(2)D(3)可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)(4)CD