高考物理大一輪復習 第五章 實驗五 探究動能定理

1、高考物理大一輪復習 第五章 實驗五 探究動能定理課件第1頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四實驗目的1.通過實驗探究外力對物體做功與物體速度的關系。知識梳理2.通過實驗數(shù)據(jù)分析,總結出做功與物體速度平方的正比關系。實驗原理1.不是直接測量對小車做的功,而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對小車做的功W、2W、3W。2.由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出,也可以用其他方法測出。這樣,進行若干次測量,就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)。第2頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四3.以橡皮筋對小車做的功為縱坐標,小車獲得的速度為橫坐標,作出W-v圖線,

2、分析這條圖線,可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關系。實驗器材小車(前面帶小鉤)、100200 g的砝碼、長木板(兩側(cè)適當?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器、紙帶、學生電源(使用電火花計時器不用學生電源)、導線、56條等長的橡皮筋、刻度尺。實驗步驟1.按如圖所示將實驗儀器安裝好。同時平衡摩擦力。第3頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四2.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,這樣橡皮筋對小車做的功為W2,測出小車獲得的速

3、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1.測量小車的速度:實驗獲得如圖所示的紙帶,為探究橡皮筋彈力做功和小車速度的關系,需要測量彈力做功結束時小車的速度,即小車做勻速運動的速度,應在紙帶上測量的物理量是(用字母表示):A1、A2間的距離x,小車速度的表達式是(用測量的物理量表示)v=(T為打點計時器的打點時間間隔)。第4頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四2.實驗數(shù)據(jù)記錄橡皮筋條數(shù)位移x/m時間t/s速度v/(ms-1)速度平方v2/(m2s-2) 第5頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四3

4、.實驗數(shù)據(jù)處理及分析:在坐標紙上畫出W-v和W-v2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位)。第6頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四4.實驗結論:從圖象可知功與物體速度變化的關系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.利用打上點的紙帶計算小車的速度時,測量不準帶來誤差。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勻速運動,從而找到木板一個合適的

5、傾角。第7頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四2.測小車速度時,紙帶上的點應選均勻部分的。3.橡皮筋應選規(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)量應大一些,使紙帶上打的點多一些。第8頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四A.通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值B.通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值C.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度D.通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度1.(多選)在用圖所示的裝置做“探究動能定理”的實驗時,下列說法正確的是()第9頁，

6、共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四答案AC實驗采用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,故A正確,B錯誤。小車的最大速度對應的是橡皮筋對小車做功完畢后的速度,故C正確,D錯誤。第10頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四2.對于橡皮筋做的功來說,直接測量是有困難的。我們可以巧妙地避開這個難題而不影響問題的解決,只需要測出每次實驗時橡皮筋對小車做的功是第一次實驗時的多少倍,使用的方法是()A.用同樣的力對小車做功,讓小車通過的距離依次為x、2x、3x進行第1次、第2次、第3次實驗時,力對小車做的功就是W、2W、3WB.讓小車通過相同的距離,第

7、1次力為F,第2次力為2F、第3次力為3F實驗時,力對小車做的功就是W、2W、3WC.選用同樣的橡皮筋,在實驗中每次橡皮筋拉伸的長度保持一致,當用1條、2條、3條同樣的橡皮筋進行第1次、第2次、第3次實驗時,橡皮筋對小車做的功就是W、2W、3WD.利用彈簧測力計測量對小車的拉力F,利用直尺測量小車在力作用下移動的位移x,便可以求出每次實驗中力對小車做的功,可控制為W、2W、3W第11頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四答案C實際操作為第1次用一條橡皮筋,以后各次分別用2條、3條相同的橡皮筋,且每次拉到同樣的長度,即能得到W、2W、3W。第12頁，共25頁，2022年，5月

8、20日，23點26分，星期四3.某同學在探究功與物體速度變化的關系實驗中,設計了如圖甲所示的實驗,將重物固定在紙帶上,讓紙帶穿過打點計時器,先用手提著紙帶,使重物靜止在靠近計時器的地方。然后接通電源,松開紙帶,讓重物自由下落,計時器就在紙帶上打下一系列小點。得到的紙帶如圖乙所示,O點為計時器打下的第1個點,該同學對數(shù)據(jù)進行了下列處理,取OA=AB=BC,并根據(jù)紙帶算出了A、B、C三點的速度分別為vA=0.12 m/s,vB=0.17 m/s,vC=0.21 m/s。根據(jù)以上數(shù)據(jù)你能否大致判斷Wv2?甲乙第13頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四由計算可知,=1.4410-

9、2 m2/s2,=2.8910-2 m2/s2,=4.4110-2 m2/s2,2,3,即2,3,由以上數(shù)據(jù)可判定Wv2是正確的,也可以根據(jù)W-v2的曲線來判斷(如圖所示)。 答案見解析解析設由O到A的過程中,重力對重物所做的功為W,那么由O到B過程中,重力對重物所做的功為2W,由O到C的過程中,重力對重物所做的功為3W。第14頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四4.在探究恒力做功與物體的動能改變量的關系的實驗中備有下列器材:A.電磁打點計時器;B.天平;C.停表;D.低壓交流電源;E.電池;F.紙帶;G.細線、砝碼、小車、砝碼盤;H.薄木板。(1)其中多余的器材是,缺少

10、的器材是。(2)測量時間的工具是;測量質(zhì)量的工具是。(3)圖是打點計時器打出的小車(質(zhì)量為m)在恒力F作用下做勻加速直線運動的紙帶。測量數(shù)據(jù)已用字母表示在圖中,打點計時器的打點周期為T。請分析,利用這些數(shù)據(jù)能否驗證動能定理?若不能,請說明理由;若能,請說出做法,并對這種做法做出評價。第15頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四答案(1)C、E毫米刻度尺(2)電磁打點計時器天平(3)見解析解析(1)計算小車速度是利用打上點的紙帶,故不需要停表。電磁打點計時器應使用低壓交流電源,故多余的器材是C、E。測量點與點之間的距離要用毫米刻度尺,故缺少的器材是毫米刻度尺。(2)測量時間的

11、工具是電磁打點計時器,測量質(zhì)量的工具是天平。(3)能,從A到B的過程中,恒力做的功為WAB=FxAB物體動能的變化量為EkB-EkA=m-m=m()2-m()2=m只要驗證FxAB=m即可。優(yōu)點:A、B兩點的距離較遠,測量時的相對誤差較小;缺點:只進行了一次測量驗證,說服力不強。第16頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四一、對實驗原理的理解重難突破典例1某探究學習小組的同學欲驗證“動能定理”,他們在實驗室組裝了一套如圖所示的裝置,另外他們還找到了學生電源、導線、復寫紙、紙帶、滑塊、細沙。當滑塊連接上紙帶,用細線通過滑輪掛上空的小沙桶時,釋放小桶,滑塊處于靜止狀態(tài)。若你是小

12、組中的一位成員,要完成該項實驗,則:第17頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四(1)你認為還需要的實驗器材有。(2)實驗時為了保證滑塊受到的合力與沙和沙桶的總重力大小基本相等,沙和沙桶的總質(zhì)量應滿足的實驗條件是,實驗時首先要做的步驟是。(3)在(2)的基礎上,某同學用天平稱量滑塊的質(zhì)量M。往沙桶中裝入適量的細沙,用天平稱出此時沙和沙桶的總質(zhì)量m。讓沙桶帶動滑塊加速運動,用打點計時器記錄其運動情況,在打點計時器打出的紙帶上取兩點,測出這兩點的間距L和這兩點的速度大小v1與v2(v1v2)。則本實驗最終要驗證的數(shù)學表達式為(用題中的字母表示實驗中測量得到的物理量)。第18頁，

13、共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四,可見只有mM時,F才基本等于mg。(3)對滑塊來說,合外力做的功W=mgL此過程中動能的增加量Ek=M-M故最終要驗證的“動能定理”表達式為:mgL=M-M。答案(1)天平、刻度尺(2)沙和沙桶的總質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量平衡摩擦力(3)mgL=M-M解析(1)測量滑塊的質(zhì)量及沙和沙桶的總質(zhì)量必須用到天平,而對紙帶進行數(shù)據(jù)處理要用到刻度尺。(2)平衡摩擦力以后,由牛頓第二定律可求出,滑塊受到的合力F=第19頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四二、實驗數(shù)據(jù)的處理典例2某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”。如

14、圖,他們將拉力傳感器固定在小車上,用不可伸長的細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。第20頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四(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;第21頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四將小車停在C點,小車在細線拉動下運動,記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度。在小車中增加砝碼,或,重復的操作。(2)表1是他們測得的一組數(shù)據(jù),其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和,|-|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。表格中的E3=,W3=。(結果保留三位有效數(shù)字)第22頁，共25頁，2022年，5月20日，23點26分，星期四表1數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)M/kg|-|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.22W341.002.401.202.421.215