第5講　實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理

第5講實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理

把握經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方案

一、基本原理與操作原理裝置圖續(xù)表3.作圖像：在坐標(biāo)紙上分別作出W-v和W-v2圖線，從中找出功與速度變化的關(guān)系。4．得結(jié)論：從圖像分析力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系為W∝v2。

融通多彩實(shí)驗(yàn)方案

1．魯科版新教材——恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)裝置圖[要點(diǎn)解讀](1)利用“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置探究“恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”。(2)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)小車的位移和速度，用天平測(cè)小車的質(zhì)量，鉤碼的重力作為小車所受的合力。(3)實(shí)驗(yàn)中必須進(jìn)行的步驟：平衡小車的摩擦力。(4)實(shí)驗(yàn)中必須滿足的條件：鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車與車上鉤碼的總質(zhì)量。2．滬科版新教材——恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系[要點(diǎn)解讀](1)必須調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平。(2)必須滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量。(3)要測(cè)量滑塊釋放位置到光電門的水平距離。4．共同的注意事項(xiàng)(1)平衡摩擦力(氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平)：將木板一端墊高，使小車在無細(xì)繩拉力作用時(shí)能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(滑塊)的質(zhì)量，以保證細(xì)繩的拉力更接近鉤碼的重力。一、基礎(chǔ)考法保住分考查點(diǎn)(一)實(shí)驗(yàn)原理與操作1．某興趣小組用如圖(a)所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。(1)有兩種工作頻率均為50Hz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________(選填“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，在砝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。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”)。(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼。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(b)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。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力較大；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。(3)在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度等于這段時(shí)間內(nèi)的平均速度。用刻度尺量出A左側(cè)第一個(gè)點(diǎn)與A右側(cè)第一個(gè)點(diǎn)之間的距離l＝1.24cm，再除以0.04s，可得vA＝0.31m/s。(4)本實(shí)驗(yàn)中砝碼的重力應(yīng)該是小車所受的合外力。只有當(dāng)小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼盤、砝碼以及沙子的總質(zhì)量時(shí)，才可以將砝碼的重力當(dāng)成小車受到的合外力。答案：(1)B

(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算對(duì))(4)遠(yuǎn)大于2．如圖所示，用橡皮筋拉動(dòng)小車的裝置探究功與物體速度變化的關(guān)系，回答下面問題：(1)長(zhǎng)木板稍微傾斜的目的是__________________，對(duì)傾斜角度的要求是：小車無橡皮筋拉時(shí)恰能在木板上__________________；實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車每次要被拉到________(選填“不同”或“同一”)位置松手；改變橡皮筋彈力對(duì)小車做功的辦法是靠增減拉小車的________________。[關(guān)鍵點(diǎn)撥](1)本實(shí)驗(yàn)要測(cè)量合力對(duì)小車做的功，通過平衡摩擦力，使橡皮筋對(duì)小車做的功等于合力對(duì)小車做的功。(2)本實(shí)驗(yàn)沒有直接測(cè)量功的數(shù)值，通過改變橡皮筋條數(shù)改變彈力做功的多少，為保證橡皮筋對(duì)小車做的功與橡皮筋的條數(shù)成正比，必須使小車從同一位置由靜止釋放，使每次橡皮筋的伸長(zhǎng)量相同。(3)本實(shí)驗(yàn)要測(cè)量的速度是橡皮筋做功結(jié)束時(shí)小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)均勻的部分?？疾辄c(diǎn)(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．某同學(xué)利用圖(a)所示裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后，掛上鉤碼，鉤碼下落，帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)并打出紙帶。某次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖(b)所示。已知打出圖(b)中相鄰兩點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02s，從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中可以得到，打出B點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vB＝______m/s，打出P點(diǎn)時(shí)小車的速度大小vP＝______m/s。(結(jié)果均保留2位小數(shù))若要驗(yàn)證動(dòng)能定理，除了需測(cè)量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外，還需要從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為____________。二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新1．(2023·達(dá)州高三月考)某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置測(cè)量彈簧彈力做功。在水平桌面上固定好光電門，彈簧左側(cè)固定，右側(cè)連接固定有遮光條的滑塊，將光電門與數(shù)字計(jì)時(shí)器(圖中未畫出)連接，彈簧原長(zhǎng)為x0。[創(chuàng)新點(diǎn)分析](1)測(cè)量彈簧彈力對(duì)滑塊做功的大小。(2)利用光電門測(cè)量滑塊的速度。(3)利用v2-x圖像處理數(shù)據(jù)。

(1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：①安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，其中與定滑輪及彈簧測(cè)力計(jì)相連的細(xì)線豎直；②實(shí)驗(yàn)時(shí)要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平，不掛鉤碼和細(xì)線，接通氣源，釋放滑塊，如果滑塊__________________________，則表示氣墊導(dǎo)軌已調(diào)整至水平狀態(tài)；③掛上鉤碼后，接通氣源，再放開滑塊，記錄滑塊上遮光條通過光電門1的時(shí)間t1和通過光電門2的時(shí)間t2，若彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，則要驗(yàn)證動(dòng)能定理的表達(dá)式為________________________；④改變鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③，求得滑塊在不同合力作用下的動(dòng)能變化量ΔEk。(2)對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是________。A．滑塊的加速度與鉤碼的加速度大小相等B．彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為滑塊所受合外力的大小C．實(shí)驗(yàn)過程中鉤碼處于超重狀態(tài)D．鉤碼的總質(zhì)量m應(yīng)遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量M[創(chuàng)新點(diǎn)分析](1)利用氣墊導(dǎo)軌替代長(zhǎng)木板做實(shí)驗(yàn)，省去平衡滑塊摩擦力的步驟。(2)利用彈簧測(cè)力計(jì)和動(dòng)滑輪可以直接測(cè)出細(xì)線的拉力大小，實(shí)驗(yàn)過程中不必滿足“鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量”。

(1)為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能，需要測(cè)量下列物理量中的________(填正確答案標(biāo)號(hào))。A．小物塊的質(zhì)量mB．橡皮筋的原長(zhǎng)xC．橡皮筋的伸長(zhǎng)量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離L(2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做的功分別記為W1、W2、W3、…小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為L(zhǎng)1、L2、L3、…若功與速度的平方成正比，則應(yīng)以W為縱坐標(biāo)、________為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線。[創(chuàng)新點(diǎn)分析]利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定物塊做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度與平拋水平距離的關(guān)系，從而探究合外力對(duì)物塊做的功與物塊速度變化的關(guān)系。

答案：(1)ADE

(2)L2

(3)D

(4)系統(tǒng)誤差創(chuàng)新角度(四)實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新4．某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究動(dòng)能定理。固定并調(diào)整斜槽，使它的末端O點(diǎn)的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復(fù)寫紙。將小球從不同的標(biāo)記點(diǎn)由靜止釋放，記錄小球到達(dá)斜槽底端時(shí)下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)位置測(cè)量出小球平拋的水平位移x。[創(chuàng)新點(diǎn)分析](1)小