2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章機(jī)械能實(shí)驗(yàn)六探究動能定理學(xué)案新人教版

PAGE6-試驗(yàn)六探究動能定理ZHISHISHULIZICEGONGGU學(xué)問梳理·自測鞏固一、試驗(yàn)?zāi)康?．探究外力對物體做功與物體速度變更的關(guān)系。2．通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度二次方的正比關(guān)系。二、試驗(yàn)原理1．不是干脆測量對小車做功，而是通過變更橡皮筋條數(shù)確定對小車做功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(diǎn)計(jì)時器測出，也可以用其他方法測出。這樣，進(jìn)行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)。3.以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，作出W－v曲線，分析這條曲線，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(guān)系。三、試驗(yàn)器材小車(前面帶小鉤)、100～200g砝碼、長木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點(diǎn)計(jì)時器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(運(yùn)用電火花計(jì)時器不用學(xué)生電源)、5～6條等長的橡皮筋、__刻度尺_(dá)_。四、試驗(yàn)步驟1．按圖所示將試驗(yàn)儀器安裝好，同時__平衡摩擦力__。2.先用1條橡皮筋做試驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)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條橡皮筋做試驗(yàn)，試驗(yàn)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……橡皮筋做試驗(yàn)，用同樣的方法測出功和速度，記入表格。五、數(shù)據(jù)處理1．測量小車的速度：試驗(yàn)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(guān)系，須要測量彈力做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運(yùn)動的速度，應(yīng)在紙帶上測量的物理量：A1、A2間的距離x，小車速度的表達(dá)式是v＝__eq\f(x,T)__(T為打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)的時間間隔)。2．記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)：把計(jì)算出的速度填入表格中并算出v2的值。橡皮筋條數(shù)位移x/m時間t/s速度v/(m·s－1)速度二次方v2/(m2·s－2)3.數(shù)據(jù)處理：在坐標(biāo)紙上畫出W－v或W－v2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)。4．試驗(yàn)結(jié)論：從圖象分析外力對物體做功與物體速度變更的關(guān)系為W∝v2。六、誤差分析1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度和粗細(xì)不完全相同，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(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差。七、留意事項(xiàng)1．平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面對下的分力與摩擦阻力平衡。方法是輕推小車，由打點(diǎn)計(jì)時器打在紙帶上的點(diǎn)的勻稱程度推斷小車是否做勻速運(yùn)動，找到木板一個合適的傾角。2．測小車速度時，應(yīng)選紙帶上__點(diǎn)距勻稱__的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動時打在紙帶上的點(diǎn)。3．橡皮筋應(yīng)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(jì)算出詳細(xì)數(shù)值。這是本試驗(yàn)的技巧之一，這里通過轉(zhuǎn)換單位的方法奇妙地解決了這一難題，這也是物理試驗(yàn)中常用的一種思想和手段。HEXINKAODIANZHONGDIANTUPO核心考點(diǎn)·重點(diǎn)突破考點(diǎn)一教材原型試驗(yàn)例1(2024·山東煙臺招遠(yuǎn)月考)某學(xué)習(xí)小組做“探究功與物體速度變更關(guān)系”的試驗(yàn)裝置如圖甲所示。打點(diǎn)計(jì)時器的工作頻率為50Hz。(1)試驗(yàn)中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以將木板靠近打點(diǎn)計(jì)時器的一側(cè)適當(dāng)墊高來平衡摩擦阻力，則下面操作正確的是__D__。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(2)試驗(yàn)中甲、乙兩同學(xué)用兩種不同的方法來實(shí)現(xiàn)橡皮筋對小車做功的變更。甲同學(xué)：把多余相同的橡皮筋并在一起，把小車?yán)较嗤奈恢冕尫?；乙同學(xué)：通過變更橡皮筋的形變量來實(shí)現(xiàn)做功的變更。你認(rèn)為__甲__(填“甲”或“乙”)同學(xué)的方法可行。(3)如圖乙所示是某次打出的部分紙帶，A、B、C、D、E、F、G點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時器依次打出的點(diǎn)，已知s1＝3.59cm，s2＝4.21cm，s3＝4.73cm，s4＝5.20cm，s5＝5.20cm，s6＝5.20cm，可求得小車被橡皮筋彈出后獲得的最大速度為__2.60__m/s。(4)依據(jù)多次測量的數(shù)據(jù)，可作出W－v圖象，下列W－v圖象符合實(shí)際的是__B__。[解析]本題考查探究動能定理試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)處理及圖象處理。(1)平衡摩擦力時，使木板適當(dāng)傾斜，小車拖著紙帶，能夠勻速下滑，就表明已平衡好摩擦力，選項(xiàng)D正確，A、B、C錯誤。(2)試驗(yàn)時，要保證橡皮筋的形變量相同，變更相同規(guī)格橡皮筋的條數(shù)，以變更橡皮筋對小車所做的功，橡皮筋的形變量相同，每條橡皮筋對小車做的功相同，可以用橡皮筋的條數(shù)代表橡皮筋對小車做的功，若變更橡皮筋形變量實(shí)現(xiàn)做功的變更，無法確定橡皮筋對小車做功的數(shù)量關(guān)系，故甲同學(xué)的方法可行。(3)當(dāng)橡皮筋復(fù)原原長后，小車速度最大，且小車做勻速直線運(yùn)動，則小車獲得的最大速度vm＝eq\f(5.20×10－2m,0.02s)＝2.60m/s。(4)由動能定理知W＝eq\f(1,2)mv2，選項(xiàng)B正確，A、C、D錯誤?？键c(diǎn)二試驗(yàn)拓展創(chuàng)新例2(2024·湖北重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)用圖甲所示裝置來探究動能定理，將一傾斜氣墊導(dǎo)軌固定在水平桌面上，帶擋光片的滑塊置于導(dǎo)軌頂點(diǎn)A處，其總質(zhì)量為M。導(dǎo)軌上有一光電門，可測擋光片通過光電門的擋光時間t，頂點(diǎn)A到導(dǎo)軌底端B點(diǎn)的距離為d，A與B的高度差為h，擋光片寬度為b，A與光電門的距離為s，重力加速度為g，不計(jì)阻力，分析下列問題：(1)以滑塊、擋光片為系統(tǒng)。試驗(yàn)時讓滑塊從頂點(diǎn)A由靜止釋放，當(dāng)滑塊剛通過光電門時，合外力對系統(tǒng)做的功為W＝__eq\f(Mgsh,d)__，系統(tǒng)動能的增加量為ΔEk＝__eq\f(1,2)M(eq\f(b,t))2__(用題目中給出的字母表示)。(2)變更光電門的位置，每次試驗(yàn)都讓滑塊從點(diǎn)A由靜止下滑，然后分別測出滑塊與光電門之間的距離s與擋光片通過光電門的時間t，最終依據(jù)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)得到了如圖乙所示的eq\f(1,t2)－s圖象。依據(jù)所作的圖象分析，該圖象__可以__(填“可以”或“不行以”)驗(yàn)證動能定理，理由是__eq\f(1,t2)＝eq\f(2gh,b2d)·s__(只需列出相關(guān)的表達(dá)式即可)。[解析]本題利用氣墊導(dǎo)軌和光電門探究動能定理，理解圖象。(1)滑塊從A點(diǎn)到通過光電門時，合外力對系統(tǒng)做的功為W＝Mgeq\f(h,d)s，通過光電門瞬間滑塊和擋光片的速度為v＝eq\f(b,t)，系統(tǒng)動能的增加量ΔEk＝eq\f(1,2)M(eq\f(b,t))2。(2)若系統(tǒng)滿意W＝ΔEk，即Mgeq\f(h,d)s＝eq\f(1,2)M(eq\f(b,t))2，則有eq\f(1,t2)＝eq\f(2gh,b2d)·s，可見eq\f(1,t2)∝s，所以該圖象可以驗(yàn)證動能定理。2NIANGAOKAOMONIXUNLIAN2年高考·模擬訓(xùn)練1．(2024·江蘇，10)某愛好小組用如題圖1所示的裝置驗(yàn)證動能定理。(圖1)(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點(diǎn)計(jì)時器供試驗(yàn)選用：A．電磁打點(diǎn)計(jì)時器B．電火花打點(diǎn)計(jì)時器為使紙帶在運(yùn)動時受到的阻力較小，應(yīng)選擇__B__(選填“A”或“B”)。(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時器的限位孔。試驗(yàn)中，為消退摩擦力的影響，在砝碼盤中漸漸加入沙子，直到小車起先運(yùn)動。同學(xué)甲認(rèn)為此時摩擦力的影響已得到消退。同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤中取出適量沙子，直至輕推小車視察到小車做勻速運(yùn)動?？捶ㄕ_的同學(xué)是__乙__(選填“甲”或“乙”)。(3)消退摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼。接通打點(diǎn)計(jì)時器電源，松開小車，小車運(yùn)動。紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中的一段如題圖2所示。圖中紙帶按實(shí)際尺寸畫出，紙帶上A點(diǎn)的速度vA＝__0.31(0.30～0.33都算對)__m/s。(圖2)(4)測出小車的質(zhì)量為M，再測出紙帶上起點(diǎn)到A點(diǎn)的距離為L。小車動能的變更量可用ΔEk＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)算出。砝碼盤中砝碼的質(zhì)量為m，重力加速度為g。試驗(yàn)中，小車的質(zhì)量應(yīng)__遠(yuǎn)大于__(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“接近”)砝碼、砝碼盤和沙子的總質(zhì)量，小車所受合力做的功可用W＝mgL算出。多次測量，若W與ΔEk均基本相等則驗(yàn)證了動能定理。[解析](1)電磁打點(diǎn)計(jì)時器打點(diǎn)計(jì)時時振針與紙帶之間的摩擦較大；電火花打點(diǎn)計(jì)時器是電磁脈沖產(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)由于剛起先運(yùn)動，拉力克服最大靜摩擦力，而最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力，故平衡摩擦力的兩種說法中，乙同學(xué)正確。(3)取與A點(diǎn)相鄰的兩點(diǎn)。用毫米刻度尺測出兩點(diǎn)之間的距離，如圖所示。用平均速度表示A點(diǎn)的瞬時速度，vA＝eq\f(x,2T)＝eq\f(12.4×10－3,2×0.02)m/s＝0.31m/s。(4)本試驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式是mgL＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,A)，用砝碼的重力表示拉力的前提是m?M。2．(2024·江西南昌十中期中)如圖甲所示是某同學(xué)驗(yàn)證動能定理的試驗(yàn)裝置。他的步驟如下：a．易拉罐內(nèi)盛上適量細(xì)沙，用輕繩通過滑輪連接在小車上，小車連接紙帶。合理調(diào)整木板傾角，讓小車沿木板勻速下滑。b．取下輕繩和易拉罐，測出易拉罐和細(xì)沙的質(zhì)量m及小車質(zhì)量M。c．取下輕繩和易拉罐后，換一條紙帶，讓小車由靜止釋放，打出的紙帶如圖乙(中間部分未畫出)，O為打下的第一個點(diǎn)。已知打點(diǎn)計(jì)時器的打點(diǎn)頻率為f，重力加速度為g。(1)步驟c中小車所受的合外力為__mg__。(2)為驗(yàn)證從O到C過程中小車所受合外力做功與小車動能變更的關(guān)系，測出B、D間的距離為x0，O、C間的距離為x1，則C點(diǎn)對應(yīng)的小車速度為__eq\f(x0f,2)__。須要驗(yàn)證的關(guān)系式為__mgx1＝eq\f(Mx\o\al(2,0)f2,8)__(用所測物理量的符號表示)。[解析]本題考查依據(jù)改進(jìn)試驗(yàn)探究動能定理的數(shù)據(jù)處理。(1)小車沿木板勻速下滑時受到重力、支持力、摩擦力和拉力，由平衡條件知，小車所受合外力為零；撤去