高考物理一輪復習 實驗五 探究動能定理教學案

1、實驗五 探究動能定理1.通過實驗探究力對物體做的功與物體速度變化的關系.2.體會探究過程和所使用的方法 【實驗目的】1通過實驗探究外力對物體做功與物體速度變化的關系2通過分析實驗數(shù)據(jù)，總結出做功與物體速度的平方的正比例關系. 【實驗原理】探究功與速度變化的關系，可通過改變力對物體做的功，測出力對物體做不同的功時物體的速度，為簡化實驗可將物體初速度設置為零，可用圖1所示的裝置進行實驗，通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對小車做的功成倍增加，再通過打點計時器和紙帶來測量每次實驗后小車的末速度v.【實驗器材】小車(前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼、長木板(兩側適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)，打點計時器及

2、紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器則不用學生電源)、56條等長的橡皮筋、刻度尺【實驗步驟】1按如圖1所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力圖12先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設此時橡皮筋對小車做的功為w1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格3用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為w2，測出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格4用3條、4條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格.【數(shù)據(jù)處理】先對測量數(shù)據(jù)進行估計，或者作個wv草圖，大致判斷兩個量可能是什么關系如果認為可能是wv2，對于每一個速度值算出它的二次方，然后以w為縱坐

3、標、v2為橫坐標作圖，如果這樣作出來的圖象是一條直線，說明兩者關系真的就是wv2.【誤差分析】1誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做功w與橡皮筋的條數(shù)不成正比2沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差3利用打點的紙帶計算小車的速度時，測量不準會帶來誤差【注意事項】1平衡摩擦力很關鍵，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是輕推小車，由打點計時器j打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，找到木板一個合適的傾角2測小車速度時，應選紙帶上點距均勻的部分，也就是選小車做勻速運動時打在紙帶上的點3橡皮筋應選規(guī)格一樣的力對小車做的功以一條橡條筋

4、做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值這是本實驗的技巧之一，這里通過轉換單位的方法巧妙地解決了這一難題，這也是物理實驗中常用的一種思想和手段(歷史上卡文迪許扭秤實驗和這里相似) 高頻熱點一實驗原理及數(shù)據(jù)處理【例1】如圖1所示是某研究性學習小組的同學做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關系”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，橡皮筋對小車做功記為w。當用2條、3條、n條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、第n次實驗時，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放。小車每次實驗中獲得的速度可以由打點計時器所打的紙帶測出，圖2甲為某次實驗中打出的紙帶。圖1(1)除了圖中已給出的

5、實驗器材和電源外，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動，應采取的措施是_。(3)每次實驗得到的紙帶上的點分布并不都是均勻的，為了測量小車最終獲得的末速度，應選用紙帶的_部分進行測量。(4)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表。橡皮筋做的功wn(j)10個間隔均勻的點的距離s(m)10個間隔均勻的點的時間t(s)小車獲得的末速度vn(m/s)小車獲得的末速度的平方v(m2/s2)1w1w0.2000.21.001.002w12w0.2820.21.411.993w33w0.3000.21.502.254w44w0.4000.22.004.005w55w0.4580.22.2

6、45.02從理論上講，橡皮筋做的功wn與物體獲得的速度vn之間的關系是wn_，請你運用表中的數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標系中作出相應的圖象，以驗證理論的正確性。圖2答案(1)刻度尺(2)把木板的左端墊起適當?shù)母叨纫云胶饽Σ亮?3)每相鄰兩點之間距離相等(或點分布均勻)(4)v圖象如圖所示【變式訓練】 “探究功與速度變化的關系”的實驗裝置如圖3所示，當小車在一條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為w；當用2條、3條、4條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、第4次實驗時，橡皮筋對小車做的功記為2w、3w、4w每次實驗中小車獲得的最大速度可由打點計時器所打出的紙帶測出。圖3(1)關于該實驗，

7、下列說法正確的是_。a打點計時器可以用干電池供電b實驗儀器安裝時，可以不平衡摩擦力c每次實驗小車必須從同一位置由靜止彈出d利用每次測出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功w，依次作出wvm、wv、wv，w2vm、w3vm的圖象，得出合力做功與物體速度變化的關系。(2)如圖4所示，給出了某次實驗打出的紙帶，從中截取了測量小車最大速度所用的一段紙帶，測得a、b、c、d、e相鄰兩點間的距離分別為ab1.48 cm，bc1.60 cm，cd1.62 cm，de1.62 cm；已知相鄰兩點打點時間間隔為0.02 s，則小車獲得的最大速度vm_m/s。(結果保留兩位有效數(shù)字)圖4答案(1)cd(2)0.81【

8、舉一反三】小明利用如圖甲所示的實驗裝置完成了探究合外力做功與動能變化的關系，已知打點計時器所接電源的周期為t0.02 s。根據(jù)題中的實驗裝置和所掌握的知識回答下列問題：(1)關于本實驗的操作，下列敘述中正確的是_；a在每次操作時都應先接通電源后釋放小車b每改變一次橡皮筋的條數(shù)都應重新平衡摩擦力c小明在某次操作時得到的紙帶上的點中間稀疏、兩端密集，其原團是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足d在求小車的最大速度時，為了減小實驗誤差應選取紙帶上的第一個點和最后一個點來計算(2)在實驗過程中小明取多條完全相同的橡皮筋進行實驗，第1次將1條橡皮筋掛在小車上，由某一位置釋放，將橡皮筋對小車所做的功記為1w；第

9、2次將兩條橡皮筋并在一起掛在小車上，并由同一位置釋放，將橡皮筋對小車所做的功記為2w；第3次將三條橡皮筋并在一起掛在小車上，并由同一位置釋放，將橡皮筋對小車所做的功記為3w橡皮筋與小車作用結束后的速度可通過打點計時器打出的紙帶測出。若某次操作過程中打出的紙帶如圖乙所示，則本次操作中小車所獲得的速度為_m/s(結果保留兩位小數(shù))。答案：(1)ac(2)2.00高頻熱點二拓展創(chuàng)新實驗【例2】某學習小組利用如圖6所示的裝置驗證動能定理。圖6(1)將氣墊導軌調至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s_ cm；(2)測量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間t1和t2，并

10、從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力f，為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是_；(3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量？_(填“是”或“否”)。答案(1)50.00(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量m(3)否【變式訓練】如圖7所示，某組同學借用“探究a與f、m之間的定量關系”的相關實驗思想、原理及操作，進行“研究合外力做功和動能變化的關系”的實驗：圖7(1)為達到平衡阻力的目的，取下細繩及托盤，通過調整墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做_運動。(2)連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖8所示的紙帶。紙帶上o為小車運

11、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，小車的質量為0.2 kg。圖8請計算小車所受合外力做的功w和小車動能的變化ek。補填表中空格(結果保留至小數(shù)點后第四位)。obocodoeofw/j0.043 20.057 20.073 40.091 5ek/j0.043 00.057 00.073 40.090 7分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內wek，與理論推導結果一致。(3)實驗前已測得托盤質量為7.7×103kg，實驗時該組同學放入托盤中的砝碼質量應為_kg(g取9.8 m/s2，結果保留至小數(shù)點后第三

12、位)。答案(1)勻速直線(或勻速)(2)0.111 50.110 5(3)0.015【舉一反三】為了測量小鐵塊與長木板之間的動摩擦因數(shù)，小勇同學完成了下面的操作：將一輕彈簧固定在擋板m上，并將擋板固定在水平放置的長木板上，彈簧為原長時自由端位于圖甲中的o點；將一小鐵塊緊靠輕彈簧的自由端并用力緩慢地壓縮彈簧使小鐵塊運動至圖甲中的a處；現(xiàn)將小鐵塊無初速度釋放，小鐵塊在圖甲中的o點與彈簧分離，且當小鐵塊運動到b點時速度減為零；將長木板固定在水平桌面上，并將擋板m的位置進行調整，當輕彈簧為原長時其最右端位于長木板最右端的o點，現(xiàn)仍將小鐵塊緊靠輕彈簧的自由端緩慢地壓縮彈簧使小鐵塊運動至圖乙中的c處，且使

13、ocoa，將小鐵塊由c點無初速度釋放，小鐵塊最終落在地面上的d點。今已測得o、b兩點間的距離為l，o點與水平地面間的高度差為h。小鐵塊可視為質點，忽略空氣阻力，回答下列問題。(1)為了能夠完成本次測量，小勇同學還應測量的量為：_；(2)請根據(jù)小勇同學的測量寫出動摩擦因數(shù)的表達式：_。(用字母表示)答案：(1)o與d點間的水平距離x(2)1(2014·天津高考)某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關系。此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊

14、等。組裝的實驗裝置如圖實­5­3所示。圖實­5­3(1)若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪些_。(2)實驗開始時，他先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行。他這樣做的目的是下列的哪個_(填字母代號)。a避免小車在運動過程中發(fā)生抖動b可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰c可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動d可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力(3)平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度。在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決方法：_。

15、(4)他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些。這一情況可能是下列哪些原因造成的_(填字母代號)。a在接通電源的同時釋放了小車b小車釋放時離打點計時器太近c阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉d鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力答案：(1)刻度尺、天平(包括砝碼)(2)d(3)可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼)(4)cd2(2014·廣東高考)某同學根據(jù)機械能守恒定律，設計實驗探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關系。(1)如圖實­5­13(a)，將輕質彈簧下端固定于鐵架臺，在上端的托盤中依次增加砝碼，測量相應的彈簧長

16、度，部分數(shù)據(jù)如下表。由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k_n/m。(g取9.80 m/s2)砝碼質量(g)50100150彈簧長度(cm)8.627.636.66(2)取下彈簧，將其一端固定于氣墊導軌左側，如圖(b)所示；調整導軌使滑塊自由滑動時，通過兩個光電門的速度大小_。(3)用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v。釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能轉化為_。(4)重復(3)中的操作，得到v與x的關系如圖(c)，由圖可知，v與x成_關系。由上述實驗可得結論：對同一根彈簧，彈性勢能與彈簧的_成正比。圖實­5­13答案：(1)50(2)相等(3)滑塊的動能(4

17、)正比壓縮量的平方3(2013·福建理綜)在“探究恒力做功與動能改變的關系”實驗中(裝置如圖甲所示)：(1)下列說法正確的是()a平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上b為減小系統(tǒng)誤差，應使鉤碼質量遠大于小車質量c實驗時，應使小車靠近打點計時器由靜止釋放(2)圖乙是實驗中獲得的一條紙帶的一部分，選取o、a、b、c計數(shù)點，已知打點計時器使用的交流電頻率為50 hz，則打b點時小車的瞬時速度大小為_m/s.(保留三位有效數(shù)字)答案：(1)c(2)0.6534(2013·新課標全國卷，22)某同學利用下述裝置對輕質彈簧的彈性勢能進行探究：一輕質彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端

18、固定，右端與一小球接觸而不固連；彈簧處于原長時，小球恰好在桌面邊緣，如圖10所示。向左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放，小球離開桌面后落到水平地面。通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。圖10回答下列問題：(1)本實驗中可認為，彈簧被壓縮后的彈性勢能ep與小球拋出時的動能ek相等。已知重力加速度大小為g。為求得ek，至少需要測量下列物理量中的_(填正確答案標號)。a小球的質量mb小球拋出點到落地點的水平距離sc桌面到地面的高度hd彈簧的壓縮量xe彈簧原長l0(2)用所選取的測量量和已知量表示ek，得ek_。圖11(3)圖11中的直線是實驗測量得到的sx圖線。從理論上可推出，如果h

19、不變。m增加，sx圖線的斜率會_(填“增大”、“減小”或“不變”)：如果m不變，h增加，sx圖線的斜率會_(填“增大”、“減小”或“不變”)。由圖11中給出的直線關系和ek的表達式可知，ep與x的_次方成正比。解析(1)小球拋出時的動能ekmv，要求得v0需利用平拋知識，sv0t，hgt2。根據(jù)s、h、g，求得v0s，因此，需測量小球質量m、桌面高度h及落地水平距離s。(2)小球拋出時的動能ekmv。(3)彈簧的彈性勢能epekmv即s2，根據(jù)題給的直線關系可知，s與x成正比，而ep與s2成正比，故ep應與x的2次方成正比，則s2x，sx圖線的斜率正比于，如果h不變，m增加，sx圖線的斜率將會

20、減??；如果m不變，h增加，則sx圖線的斜率會增大。答案(1)abc(2)(3)減小增大21關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放小車的長木板應該盡量使其水平d先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出2在“探究動能定理”的實驗中，每次選取紙帶后，我們應選取紙帶上的哪些點來求小車的速度()a間距均勻的b間距不均勻的c間距均勻的與不均勻的都可d最好是間距均勻的，若紙帶上沒有間距均勻的，也可用間距不均勻的解析：選a.橡皮筋完全恢復后不再有力對小車做功，小車做勻速運動，紙帶上的點間距變的均勻，故a對

21、，b、c錯；若紙帶上沒有間距均勻的點說明紙帶太短，橡皮筋還沒完全恢復原狀紙帶已完全通過打點計時器，這種情況下應選用更長的紙帶，或者是因為摩擦力沒被平衡掉，故d錯3在“探究動能定理”的實驗中，若畫出wv的圖象，應為圖559中的哪個圖()圖5594在“探究動能定理”的實驗中，某同學在一次實驗中得到一條如圖5510所示的紙帶，這條紙帶上的點兩端較密，中間稀疏，出現(xiàn)這種情況的原因可能是()圖5510a電源的頻率不穩(wěn)定b木板傾斜的程度太大c沒有使木板傾斜或傾斜角太小d小車受到的阻力較大解析：選cd.可能是沒有平衡摩擦力或平衡不夠，故c、d正確5一實驗小組要用如圖5511所示的裝置探究動能定理，關于實驗操

22、作下列說法正確的是()圖5511a應改變橡皮筋拉伸的長度，打出不同的紙帶進行分析b應保持橡皮筋拉伸的長度不變，改變橡皮筋的條數(shù)，打出不同的紙帶進行分析c應選取紙帶上點跡間隔均勻的一段進行測量，以求出小車勻速運動時的速度d實驗中將木板左端適當墊高的目的是：使重力分力平衡掉小車和紙帶受到的摩擦力，提高實驗的精確度解析：選bcd.橡皮筋拉小車時的作用力是變力，我們不能求變力做功問題，但選用相同的橡皮筋，且伸長量都一樣時，則要改變橡皮筋數(shù)目來改變做功的多少，a錯誤，b正確；紙帶點跡均勻說明小車做勻速運動，此時小車的速度最大，橡皮筋的彈性勢能全部轉化為小車的動能，c正確；木板略微傾斜后，小車所受重力沿斜

23、面向下的分力平衡了小車運動中的阻力，提高了實驗的精確度，d正確6關于“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d7某實驗小組采用如圖6甲所示的裝置探究動能定理，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，打點計時器工作頻率為50 hz.甲乙圖6(1)實驗中木板略微傾斜，這樣做_(填答案前的字母)a是為了釋放小車后，小車能勻加速下滑b是為了增大橡皮筋對小車的彈力c是為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功d是為了使橡皮筋松馳后小車做勻加速運動(2)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的wv草圖如圖乙所示，根據(jù)圖線形狀可知，對w與v的關系作出的以下猜想肯定不正確的是_aw bw cwv2 dwv3答案(1)c(2)ab8為了探究動能定理，現(xiàn)提供如圖5512所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，請思考探究思路并回答問題(打點計時器所用交流電頻率為50 hz)：圖5512(1)為了消除摩