優(yōu)化探究2016屆高三物理一輪復習課件知檢測第五章機械能

[實驗基礎夯實]1．實驗目的探究外力對物體做功與物體速度的關系．會用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)，通過對實驗數(shù)據(jù)分析，總結出做功與物體速度平方的關系．2．實驗原理(1)采用如圖所示裝置，讓小車在橡皮筋作用下彈出，使小車獲得速度后沿木板勻速滑行．當用一條橡皮筋彈出時對小車做的功記為

W，則用兩條、三條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3第5單元 實驗(一)探究動能定理次……實驗，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放時，實驗中橡皮筋對小車做的功就是2W、3W……(2)由于橡皮筋每次實驗做的功使小車獲得的速度可以由打點計時器打出的紙帶得到，當?shù)贸鋈舾山M功和速度的數(shù)據(jù)后，以橡皮筋對小車做的功W為縱坐標，分別以小車獲得的速度v、v2……為橫坐標，以第1次實驗時的功W為單位，用描點法分別作出Wv、Wv2……曲線，分析曲線，得出橡皮筋對小車做的功與小車速度的定量關系．3．實驗器材小車(前面帶小鉤)、長木板(一端適當?shù)奈恢冕斠粋€鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(使用電火花計時器不用學生電源)、5～6條等長的橡皮筋、刻度尺．[核心要點突破]1．實驗步驟按圖中所示將實驗儀器安裝好．平衡摩擦力：在長木板的有打點計時器的一端下面墊一塊木板，反復移動木板的位置，直至小車上不掛橡皮筋時，紙帶打出的點間距均勻，即小車能勻速運動為止．分別用1條、2條、3條……相同的橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度都與第一次相同．這時橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W……，標記好每次實驗得到的紙帶．2．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的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：A1、A2

間的距離x，小車速度的表達式是v＝x(T

為打點計時器打點的時間間隔)，把實驗中得到的紙帶分別用同T樣的方法處理得到小車的速度，并計算速度的平方，將實驗數(shù)據(jù)記錄在下列表格中．(2)實驗數(shù)據(jù)的分析在坐標紙上畫出Wv和Wv2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)．(3)實驗結論由圖象可知功與物體速度變化的關系為W∝v2.3．誤差分析誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做的功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比．沒有完全平衡摩擦力(傾角小)或平衡摩擦力過度(傾角過大)也會造成誤差．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準確帶來誤差．4．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．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．橡皮筋應選規(guī)格一樣的且每次拉伸長度一樣．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．對實驗原理的理解【典例1】“探究動能定理”的實驗裝置如圖甲所示，當小車在兩條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0.當用4條、6條、8

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2W0、3W0、4W0…，每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點計時器所打的紙帶測出．(1)關于該實驗，下列說法正確的是(

)A．打點計時器可以用直流電源供電，電壓為4～6

VB．實驗中使用的若干條橡皮筋的原長可以不相等

C．每次實驗中應使小車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

W-vm、W-v2

、W-v3

、W2-v

、W3-v

…的圖象，得出合力做功與物m

m

m

m體速度變化的關系(2)圖乙給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶，從中截取了測量物體最大速度所用的一段紙帶，測得

O點到

A、B、C、D、E各點的距離分別為

OA＝5.65

cm，OB＝7.12

cm，OC＝8.78

cm，OD＝10.40cm，OE＝11.91cm.已知相鄰兩點打點時間間隔為

0.02s，則小車獲得的最大速度

vm＝

m/s.[答案](1)CD[自主解答](1)打點計時器一定用交流電源，A

錯誤；實驗中一定要用相同的橡皮筋，B

錯誤；每次實驗中，應使小車從同一位置由靜止彈出，C

正確；在探究小車最大速度和橡皮筋做功W

的關系時，要作出各種不同的可能關系圖象，得出合力做功與物體速度變化的關系，D正確．(2)小車獲得的最大速度應該用紙帶上點間距相等段求解，在題干圖乙中紙帶上應用B、D

段求小車的最大速度．vm＝2TOD－OB

10.40－7.12×10－22×0.02(2)0.82＝

m/s＝0.82

m/s.(2)釋放小車，然后接通打點計時器的電源(電源頻率為f＝50

Hz)，打出一條紙帶．實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析【典例2】

(2014年珠海模擬)某同學為探究“合力做功與物體動能改變的關系”設計了如下實驗，他的操作步驟：(1)按圖甲擺好實驗裝置，其中小車質(zhì)量M＝0.20

kg，鉤碼總質(zhì)量m＝0.05

kg.(3)他在多次重復實驗得到的紙帶中取出自認為滿意的一條，如圖乙所示．把打下的第一點記作0，然后依次取若干個計數(shù)點，相鄰計

數(shù)點間還有4個點未畫出，用厘米刻度尺測得各計數(shù)點到0點距離分別

為d1＝0.041，d2＝0.055

m，d3＝0.167

m，d4＝0.256

m，d5＝0.360

m，

d6＝0.480

m…，他把鉤碼重力(當?shù)刂亓铀俣萭＝10

m/s2)作為小車所

受合力，算出打下0點到打下第5點合力做功W＝

J(結果保留三位有效數(shù)字)，用正確的公式Ek＝

(用相關數(shù)據(jù)前字母列式)把打下第5點時小車的動能作為小車動能的改變量，算得Ek＝0.125

J.(4)此次實驗探究的結果，他沒能得到“合力對物體做的功等于物體動能的增量”，且誤差很大．通過反思，他認為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的是

．鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對物體做功的測量值與真實值偏差太多沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值與真實值偏差太多釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動能增量的測量值比真實值偏小沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因[自主解答]

若用鉤碼的重力作為小車受的合力，則

F

合＝mg＝0.5N，從

0

點到打第

5

點時水平位移

x＝d5＝0.360

m，所以

W＝F

合

x＝0.5×0.360

J＝0.180J.122k

5打第5

點時小車動能E

＝

Mv

，v5＝2Δtd6－d4，式中Δt

為5

個時間間隔，即Δt＝，故E

＝5

Mf2f

200k

6

42(d

－d

)

.從該同學的實驗操作情況來看，造成很大誤差的主要原因是把鉤碼的重力當成了小車的合力，實驗前沒有平衡摩擦力，故選項A、B

正確．C、D兩個選項中提到的問題不能對實驗結果造成重大影響，故不選C、D.Mf22[答案]

(3)0.180

200(d6－d4)

(4)AB實驗創(chuàng)新設計【典例

3】

(2014

年杭州模擬)為了“探究外力做功與物體動能變p122化的關系”，查資料得知，彈簧的彈性勢能E

＝

kx

，其中k

是彈簧的勁度系數(shù)，x

是彈簧長度的變化量．某同學就設想用壓縮的彈簧推靜止的小球(質(zhì)量為m)運動來探究這一問題．為了研究方便，把小球放在水平桌面上做實驗，讓小球在彈簧彈力作用下運動，即只有彈簧彈力做功．該同學設計實驗如下：首先進行如圖甲所示的實驗：將輕質(zhì)彈簧豎直掛起來，在彈簧的另一端掛上小球，靜止時測得彈簧的伸長量為d.在此步驟中，目的是要確定物理量

，用m、d、g表示為

．接著進行如圖乙所示的實驗：將這根彈簧水平放在桌面上，一端固定，另一端被小球壓縮，測得壓縮量為x，釋放彈簧后，小球被推出去，從高為h的水平桌面上拋出，小球在空中運動的水平距離為L.小球的初動能Ek1＝

.小球離開桌面的動能Ek2＝

(用m、g、L、h表示)．彈簧對小球做的功W＝

(用m、x、d、g表示)．對比W和Ek2－Ek1就可以得出“外力做功與物體動能變化的關系”．[自主解答]

在題干圖甲所示的實驗中，目的是確定彈簧的勁度系mg數(shù)k，由平衡條件得：mg＝kd，即k＝

d

.在題干圖乙所示的實驗中，小球的初動能Ek1＝0.2又根據(jù)小球做平拋運動