實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理

1、實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)基周梳理I一、基本原理與操作操作要領(lǐng)(1)平衡：墊高木板的一端，平衡摩擦力做功用一條橡皮筋拉小車一一做功W用兩條橡皮筋拉小車一一做功2W用三條橡皮筋拉小車一一做功3W(3)小車：靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器且接通電源再釋放 小車；每次小車須由同一位置由靜止彈出(4)測(cè)速：測(cè)出每次做功后小車獲得的速度、數(shù)據(jù)處理1 .利用紙帶確定小車的末速度(1)橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小車已勻速，故應(yīng)利用紙帶上間距相等的部分計(jì)算小車 速度。x(2)利用v=計(jì)算小車的速度，為減小測(cè)量誤差，所選的范圍應(yīng)盡量長(zhǎng)些。2 .繪制圖象分別用各次實(shí)驗(yàn)的v和W繪出W v, W-v2, W-v3等關(guān)系圖象，直到作出的 圖象是一條

2、傾斜的直線注意事項(xiàng) 選點(diǎn)測(cè)速：測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻 速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的點(diǎn)。(2)橡皮筋的選擇：橡皮筋規(guī)格相同。力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單 位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值。誤差分析誤差的主要來源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)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(shí)傾角過大也會(huì)造成誤差(3)利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)帶來誤差。實(shí)驗(yàn)熱點(diǎn)突破命題角度實(shí)驗(yàn)原理與基本操作【例11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)，圖 1 中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功記為 W。

3、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。除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、 陽測(cè)量工具) 和 選填“交流”或“直流”)電源。(2)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦阻力， 則下面操作正確的是()A.放開小車，能夠自由下滑即可B.放開小車，能夠勻速下滑即可C.放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D.放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可(3)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

4、置，下列說法正確的是()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.小車已過兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用圖2中紙帶的部分進(jìn)行測(cè)量。J ah c d f? f g t i t *)圖2解析(1)為測(cè)量小車獲得的速度，必須用刻度尺來測(cè)量紙帶上點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交流電源。(2)平衡摩擦力時(shí)，也要平衡紙帶與限位孔之間的摩擦力。根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)，小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)即平衡了摩擦力。(3)若木板水平放置，則未平衡摩擦力。小車速度最大時(shí)，也就是加速度為零的時(shí)刻，即橡皮筋對(duì)小車的拉力等于小車受

5、到的摩擦力的時(shí)刻，此時(shí)橡皮筋處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，小車還未到兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處，B正確。(4)應(yīng)該選用紙帶上小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)小車的速度最大，即GK部分。答案(1)刻度尺 交流 (2)D (3)B (4)GK拓展訓(xùn)練1某實(shí)驗(yàn)小組用如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材做“探究做功與物 體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)把沙和沙桶的總重力當(dāng)做小車 受到的合外力。(1)為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差盡量小，在實(shí)驗(yàn)操作中，下面的做法必要的是 (K選項(xiàng)前的字母)。A.實(shí)驗(yàn)前要對(duì)裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作B.實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要先釋放小車，后接通電源C.在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，所選的兩個(gè)研究點(diǎn)離得越近越好D.在

6、實(shí)驗(yàn)過程中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 (2)除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外，還需要的測(cè)量?jī)x器有 (3)圖4為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點(diǎn)來探究功與速度變 化的關(guān)系。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為 T,重力加速度為go圖中已經(jīng)標(biāo)明了 要測(cè)量的物理量，另外，小車的質(zhì)量為 M,沙和沙桶的總質(zhì)量為m。請(qǐng)你把要探 究的結(jié)果用題中給出的字母表達(dá)出來： 圖4解析(1)實(shí)驗(yàn)前要對(duì)裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作，以保證小車所受合外力恰好是細(xì)線的拉力，故 A正確；實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，若先放開小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，由于小車運(yùn)動(dòng)較快，可能打出來的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故 B 錯(cuò)誤；在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)

7、處理時(shí)，所選的兩個(gè)研究點(diǎn)離得越近則測(cè)量誤差越大，故C錯(cuò)誤；在實(shí)驗(yàn)過程中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，這樣才能使得沙和沙桶的總重力近似等于細(xì)線對(duì)小車的拉力，故D正確。(2)本題的實(shí)驗(yàn)原理是驗(yàn)證沙桶和沙的總重力做的功等于小車動(dòng)能的增加量，所以要測(cè)沙和沙桶的總質(zhì)量、小車的質(zhì)量，還要測(cè)紙帶上各點(diǎn)的距離來求速度，所以所需的器材還應(yīng)有天平和刻度尺。(3)打A點(diǎn)時(shí)速度為vi=4T，打B點(diǎn)時(shí)速度為丫2=言,所以動(dòng)能變化量AEk=1Mv221 M (x/ xi2)2Mvi2=32T2,而沙和沙桶的總重力做的功為 WG=mgx,要探究的功M (x"xi2)與速度變化的關(guān)系為 mgx=22。32

8、 I.M x x22 xi2)答案(i)AD (2)刻度尺、天平(3)mgx= ( 32T2 ,命題角度數(shù)據(jù)處理及誤差分析【例2】（2019江蘇卷，10）某興趣小組用如圖5所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。小學(xué)打點(diǎn)計(jì)時(shí)沿a I1曲碼慰箕木質(zhì) 圖5（1）有兩種工作頻率均為50 Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供實(shí)驗(yàn)選用：A.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B.電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，應(yīng)選擇 處填"A或"B'。）（2）保持長(zhǎng)木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。實(shí)驗(yàn)中，為消除摩擦力的影響，在整碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運(yùn)動(dòng)。同學(xué)甲認(rèn)為此時(shí)摩擦力的影響已得到消除。

9、同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運(yùn)動(dòng)?？捶ㄕ_的同學(xué)是 （選填 “甲”或“乙”）。消除摩擦力的影響后，在整碼盤中加入整碼。接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，松開小車，小車運(yùn)動(dòng)。紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中的一段如圖 6所示。圖中紙帶按實(shí)際 尺寸畫出，紙帶上A點(diǎn)的速度va=m/S/ >X* +* <圖6測(cè)出小車的質(zhì)量為 M,再測(cè)出紙帶上起點(diǎn)到 A點(diǎn)的距離為L(zhǎng)。小車動(dòng)能的變 1化量可用AEk=1Mv/2算出。整碼盤中整碼的質(zhì)量為m,重力加速度為g。實(shí)驗(yàn)中， 小車的質(zhì)量應(yīng) 處填“遠(yuǎn)大于” “遠(yuǎn)小于”或“接近”）整碼、整碼盤和沙子的總質(zhì)量，小車所受合力做的功可用 W= mgL算

10、出。多次測(cè)量，若W與 正k 均基本相等則驗(yàn)證了動(dòng)能定理。解析（1）電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)時(shí)振針與紙帶之間的摩擦較大；電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是電磁脈沖產(chǎn)生的電火花在紙帶上打點(diǎn)，紙帶所受阻力較小，故選 B項(xiàng)。（2）由于剛開始運(yùn)動(dòng)，拉力克服最大靜摩擦力，而最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力，故平衡摩擦力的兩種說法中，乙同學(xué)正確取與A點(diǎn)相鄰的兩點(diǎn)。用毫米刻度尺測(cè)出兩點(diǎn)之間的距離，如圖所示,A：一4用平均速度表示A點(diǎn)的瞬時(shí)速度，_ 3m/s= 0.31 m/sox12.4X 10-3vA=亓= 2X0.02 1(4)本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式是mgL=1MvA,用整碼的重力表小拉力的前提是 m? Mo 答案 (1)B (

11、2)乙 (3)0.31(0.30 0.33 都算對(duì))(4)遠(yuǎn)大于拓展訓(xùn)練2某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖7甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系。小50 Hz。車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為圖7(選填為了消除小車運(yùn)動(dòng)過程中所受摩擦力的影響，調(diào)整時(shí)應(yīng)將木板 “左”或“右”)端適當(dāng)墊高以平衡摩擦力。(2)實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)打出的一段紙帶如圖乙所示，相鄰兩計(jì)時(shí)點(diǎn)間距離依次為AB=3.50 cm> BC=3.80 cm、CD = DE = EF = FG = GH = 4.00 cm,則勻速運(yùn)動(dòng)的速度 v _m/$(3)根據(jù)多次測(cè)量的數(shù)據(jù)，畫出橡皮筋對(duì)小車做功W與小車勻速運(yùn)動(dòng)的速度v的關(guān)

12、系如圖內(nèi)所示，根據(jù)圖線形狀猜想，W與v的關(guān)系可能為。A.Wx 疝B.Ws v 一L1一入A.t-p圖象B.；F圖象c 1一 .1C.t* 1 2 F圖象D.-F2 圖象解析 （1）由題圖知 d = 2 mm+6X 0.05 mm= 2.30 mm。拉力是直接通過力傳感器測(cè)量的，故 A不必要；應(yīng)使A位置與光電門的距離適當(dāng)大些，有利于減小誤差，故 B是必要的；應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，保持細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行，這樣拉力才等于合力，故C、D是必要的。（3）根據(jù)牛頓第二定律F=Ma,滑塊通過光電門的速度為v =；根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式C.Wx v2D.Ws v3(4)改變橡皮筋的根數(shù)，若實(shí)驗(yàn)中的所有操作和數(shù)據(jù)處理均

13、無錯(cuò)誤，則繪出的圖線(圖中A v2 = v2 0,將一根橡皮筋對(duì)小車做的功記為1)應(yīng)為過原點(diǎn)的一條直線，但根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到的圖線如圖8所示，造成這一偏差的原因是圖8解析(1)小車是向右邊彈出，平衡摩擦力時(shí)應(yīng)該將左端墊高使重力沿斜面向下的分力與沿斜面向上的摩擦力平衡。由題目給的數(shù)據(jù)可知小車從 C點(diǎn)到H點(diǎn)做勻速運(yùn)動(dòng)，則v = CH = 2 m/s。 5 T(3)圖內(nèi)中圖線的形狀與函數(shù) y=xn(n = 2, 3, 4,)的圖象吻合，故選項(xiàng) C、D 正確。(4)從圖象截距可看出合外力不做功時(shí)，物體仍然會(huì)有速度，這表明平衡摩擦力過度。答案左(2)2 (3)CD (4)平衡摩擦力過度2|實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新命題

14、角度實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新一一利用傳感器、光電門和氣墊導(dǎo)軌【例3】 某學(xué)習(xí)小組用圖9甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“動(dòng)能定理”。他們?cè)跉鈮| 導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B,滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左 端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。遮光條力傳運(yùn)器L_L_、（1）某同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度 d,如圖乙所示，則d=mm。下列實(shí)驗(yàn)要求中不必要的一項(xiàng)是（請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母）。A.應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量B.應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些C.應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平D.應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)保持滑塊的質(zhì)量 M和A、B間的距離L不變

15、，改變鉤碼質(zhì)量 m,測(cè)出 對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時(shí)間t,通過描點(diǎn)作出線性圖象， 研究滑塊動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)作出的圖象是象，故選Co答案 (1)2.30 (2)A (3)C命題角度 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與創(chuàng)新【例4】 為了 “探究動(dòng)能變化與合外力做功的關(guān)系”，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn) 萬案：第一步：把長(zhǎng)木板附有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過細(xì)純與質(zhì)量為m的帶夾子的重錘跨過定滑輪相連，重錘后連一穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶， 調(diào)整木 板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng)，如圖10甲所示。第二步：保持長(zhǎng)木板的傾角不變，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處，

16、 取下 細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后接通電源，釋放 滑塊，使之從靜止開始向下加速運(yùn)動(dòng)，打出紙帶，如圖乙所示。打出的紙帶如圖 丙所示。請(qǐng)回答下列問題：(1)已知0、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為 At,。點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì) 時(shí)器打下的第一點(diǎn)，根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動(dòng)的速度，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打 B點(diǎn)時(shí)滑塊運(yùn) 動(dòng)的速度vb=0(2)已知重錘質(zhì)量為m,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,要測(cè)出某一過程合外力對(duì)滑塊做 的功還必須測(cè)出這一過程滑塊 出物理量名稱及符號(hào)，只寫一個(gè)物理 量)，合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式 W合=。(3)算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA、OB、OC、OD、0E段合外力對(duì)滑塊所做的功 W以及

17、在A、 B、C、D、E各點(diǎn)的速度v,以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出X3 X1v2W圖象，可知該圖象是一條 ,根據(jù)圖象還可求得 解析(1)由打出的紙帶可知打B點(diǎn)時(shí)的速度為VB = FJ。(2)由題知撤去重錘后，滑塊下滑時(shí)受到的合力等于重錘的重力，只要知道滑塊下滑的位移x就可求得合力所做的功 W= mgx。由動(dòng)能定理得 W= 2mv2,若描點(diǎn)作出v2 W圖象，則其為一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的 傾斜直線，直線斜率k=j2,故可求滑塊質(zhì)量MoX3 X1答案(1)、26(2)下滑的位移X mgx (3)過原點(diǎn)的直線 滑塊的質(zhì)量M拓展訓(xùn)練3某同學(xué)為驗(yàn)證“動(dòng)能定理”設(shè)計(jì)了如圖 11甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置：用

18、一 個(gè)電磁鐵吸住一個(gè)小鋼球；當(dāng)將電磁鐵斷電后，小鋼球由靜止開始向下加速運(yùn)動(dòng)； 小鋼球經(jīng)過光電門時(shí)，計(jì)時(shí)裝置將記錄小鋼球通過光電門所用的時(shí)間t,用游標(biāo)卡尺測(cè)出小鋼球的直徑d,用直尺測(cè)量出小鋼球由靜止開始下降至光電門時(shí)的高 度h,當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間,那么飛小審球“時(shí) 裝置圖11(1)測(cè)量小鋼球的直徑結(jié)果如圖乙所示，則小鋼球的直徑d =cm。忽略空氣阻力的影響，該同學(xué)驗(yàn)證“動(dòng)能定理”的表達(dá)式為附題中字母表示)。(3)如果用這套裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，下面的做法能提高實(shí)驗(yàn)精度的是A.在保證其他條件不變的情況下，減小小球的直徑B.在保證其他條件不變的情況下，增大小球的直徑C.在保證其他條件不變的情況下，增大小球的質(zhì)量D.在保證其他條件不變的情況下，減小小球的質(zhì)量解析 (1)由題圖游標(biāo)卡尺可知，其示數(shù)為 13 mm+13X0.02 mm= 13.26 mm = 1.326 cm。19 一該同學(xué)在驗(yàn)證“動(dòng)能定理”的過程中，需要驗(yàn)證的表達(dá)式為 mgh= 2mv2,其 . d 一.d2中 v