2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第五單元機(jī)械能實驗五探究動能定理學(xué)案新人教版

PAGE9-試驗五探究動能定理[試驗?zāi)康腯1．通過試驗探究外力做功與物體速度變更的關(guān)系．2．通過試驗數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出外力做功與物體速度平方的正比關(guān)系．[試驗原理]1．變更功的大?。翰杉{試驗原理圖所示的試驗裝置，用1條、2條、3條…規(guī)格同樣的橡皮筋將小車?yán)酵晃恢糜伸o止釋放，橡皮筋拉力對小車所做的功依次為W、2W、3W….2．確定速度的大?。盒≤嚝@得的速度v可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出．3．找尋功與速度變更的關(guān)系：以橡皮筋拉力所做的功W為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度v為橫坐標(biāo)，作出W-v或W-v2圖象．分析圖象，得出橡皮筋拉力對小車所做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系．[試驗器材]小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(若運用電火花計時器則不用學(xué)生電源)、若干條等長的橡皮筋、毫米刻度尺．[試驗步驟]1．按原理圖將儀器安裝好．2．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塊，反復(fù)移動木塊的位置，直至小車上不掛橡皮筋時，輕推小車，紙帶打出的點間距勻稱，即小車能勻速運動為止．3．先用1條橡皮筋做試驗，用打點計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W，將這一組數(shù)據(jù)記入表格．4．用2條橡皮筋做試驗，試驗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2W，測出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格．5．用3條、4條…橡皮筋做試驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格．[數(shù)據(jù)處理]1．求小車速度試驗獲得如圖所示紙帶，利用紙帶上點跡勻稱的一段測出兩點間的距離，如紙帶上A、C兩點間的距離x，則v＝eq\f(x,2T)(其中T為打點周期)．2．計算W、2W、3W…時對應(yīng)v、v2的數(shù)值，填入下面表格.W2W3W4W5Wvv23.作圖象在坐標(biāo)紙上分別作出W-v和W-v2圖線，從中找出功與速度變更的關(guān)系．[誤差分析]1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、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木板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(zhǔn)帶來誤差．命題點1教材原型試驗?zāi)硨W(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變更的關(guān)系”的試驗，圖1中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功記為W.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……試驗時，使每次試驗中橡皮筋伸長的長度都保持一樣．每次試驗中小車獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出．(1)除了圖中已有的試驗器材外，還須要導(dǎo)線、開關(guān)、________(填測量工具)和________(選填“溝通”或“直流”)電源．(2)試驗中，小車會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動，當(dāng)小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是()A．橡皮筋處于原長狀態(tài)B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C．小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處D．小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作狀況下，打在紙帶上的點并不都是勻稱的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用圖2中紙帶的________部分進(jìn)行測量．【解析】(1)為測量小車獲得的速度，必需用刻度尺來測量紙帶上點和點之間的距離；打點計時器必需運用溝通電源．(2)平衡摩擦力時，也要平衡紙帶與限位孔之間的摩擦力．依據(jù)平衡狀態(tài)的特點，小車做勻速運動時即平衡了摩擦力．(3)若木板水平放置，則未平衡摩擦力．小車速度最大時，也就是加速度為零的時刻，即橡皮筋對小車的拉力等于小車受到的摩擦力的時刻，此時橡皮筋處于伸長狀態(tài)，小車還未到兩個鐵釘?shù)倪B線處，B正確．(4)應(yīng)當(dāng)選用紙帶上小車做勻速運動的部分進(jìn)行測量，此時小車的速度最大，即GK部分．【答案】(1)刻度尺溝通(2)D(3)B(4)GK高分技法本試驗留意事項1平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面對下的分力與摩擦阻力平衡.方法：使小車連著紙帶并接通電源，輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的勻稱程度推斷小車是否做勻速運動，找到長木板的一個合適的傾角.2選點測速：測小車的速度時，紙帶上的點應(yīng)選勻稱部分的，也就是選小車做勻速運動時的部分.3橡皮筋的選擇：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，不必計算出詳細(xì)數(shù)值.4先后依次：起先試驗時，小車應(yīng)靠近打點計時器，并且要先接通電源再釋放小車.5小車的選擇：小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些，使紙帶上打的點多一些.1．如圖甲所示為探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度關(guān)系的試驗裝置．打點計時器運用的電源頻率為50Hz.試驗主要過程如下：①設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W……②分析打點計時器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3……③作出W-v草圖．④分析W-v圖象，假如W-v圖象是一條直線，表明W∝v；假如不是直線，可考慮是否存在W∝v2、W∝v3、W∝eq\r(v)等關(guān)系．(1)試驗中木板略微傾斜，這樣做CD.A．是為了使釋放小車后，小車能勻加速下滑B．是為了增大小車下滑的加速度C．可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D．可使得橡皮筋松馳后小車做勻速運動(2)試驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……合并起來掛在小車的前端進(jìn)行多次試驗，每次都要把小車?yán)酵晃恢迷籴尫牛训?次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1，其次次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為2W1……橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可依據(jù)打點計時器打出的紙帶算出．依據(jù)第四次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為2.00m(3)通過試驗獲得較科學(xué)的數(shù)據(jù)作出的W-v2圖象，應(yīng)為圖丙中的A.解析：(1)試驗中木板略微傾斜，目的是平衡摩擦力，使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功，使得橡皮筋松馳后，小車做勻速直線運動，故C、D正確，A、B錯誤．(2)橡皮筋松馳后，小車做勻速直線運動，則小車獲得的速度v＝eq\f(x,t)＝eq\f(0.04,0.02)m/s＝2.00m/s.(3)合力做功等于動能的增加量，即W＝eq\f(1,2)mv2，可知W與v2成正比，故A正確，B、C、D錯誤．命題點2試驗拓展創(chuàng)新命題角度1：試驗原理創(chuàng)新(2024·江蘇卷)某愛好小組用如圖甲所示的裝置驗證動能定理．(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供試驗選用：A．電磁打點計時器B．電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應(yīng)選擇________(選填“A”或“B”)．(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔．試驗中，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動．看法正確的同學(xué)是________(選填“甲”或“乙”)．(3)消退摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼．接通打點計時器電源，松開小車，小車運動．紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖乙所示．圖中l(wèi)＝1.24cm，紙帶上A點的速度vA＝________m/s.(4)測出小車的質(zhì)量為M，再測出紙帶上起點到A點的距離為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.試驗中，小車的質(zhì)量應(yīng)________(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均基本相等則驗證了動能定理．【解析】本題通過利用打點計時器驗證動能定理．(1)電火花打點計時器限位孔、墨粉盤與紙帶間的摩擦阻力小，在本試驗中須要盡量解除阻力做功的影響，應(yīng)選B.(2)在砝碼盤中緩慢加沙子，直到小車起先運動，說明此時小車受到的力是最大靜摩擦力，平衡摩擦力時應(yīng)當(dāng)是砝碼盤和沙子的總重力恰好等于小車受到的滑動摩擦力，最大靜摩擦力一般大于滑動摩擦力，所以還應(yīng)從盤中取出適量的沙子，然后輕推小車，讓小車做勻速直線運動，故看法正確的同學(xué)是乙．(3)A點左右兩側(cè)最近兩點間的距離為l＝1.24cm，依據(jù)勻變速直線運動中某段時間中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度可知vA＝eq\f(l,2T)＝eq\f(1.24×10－2,2×0.02)m/s＝0.31m/s.(4)設(shè)砝碼盤和沙子的質(zhì)量為m′，平衡摩擦力時m′g＝f，添加砝碼m后，依據(jù)牛頓其次定律，對小車有T－f＝Ma，對砝碼盤、砝碼和沙子有(m＋m′)g－T＝(m＋m′)a，兩式聯(lián)立得T＝eq\f(mg,1＋\f(m,M＋m′))＋eq\f(m′g,1＋\f(m,M＋m′))，只有M?m＋m′時，繩子的拉力才近似等于砝碼的重力．【答案】(1)B(2)乙(3)0.31(4)遠(yuǎn)大于命題角度2：試驗器材創(chuàng)新某學(xué)習(xí)小組用圖甲所示的試驗裝置探究“動能定理”．他們在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個光電門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．(1)某同學(xué)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d＝________mm.(2)下列試驗要求中不必要的一項是________(請?zhí)顚戇x項前對應(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)試驗時保持滑塊的質(zhì)量M和A、B間的距離L不變，變更鉤碼質(zhì)量m，測出對應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時間t，通過描點作出線性圖象，探討滑塊動能變更與合外力對它所做功的關(guān)系，處理數(shù)據(jù)時應(yīng)作出的圖象是________(填寫選項前對應(yīng)的字母)．A．t－eq\f(1,F)圖象 B.eq\f(1,t)－F圖象C．t2－eq\f(1,F)圖象 D.eq\f(1,t)－F2圖象【解析】(1)由題圖知d＝2mm＋6×0.05mm＝2.30mm.(2)拉力是干脆通過力傳感器測量的，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)整水平，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)依據(jù)牛頓其次定律：F＝Ma，滑塊通過光電門的速度為：v＝eq\f(d,t)，依據(jù)運動學(xué)公式：v2＝2ax，代入可得：eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,t)))2＝2eq\f(F,M)L，解得：t2＝eq\f(Md2,2LF)，所以處理數(shù)據(jù)時應(yīng)做出t2－eq\f(1,F)的圖象，故選C.【答案】(1)2.30(2)A(3)C命題角度3：試驗?zāi)康耐卣鼓澄锢硇〗M對輕彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究，試驗裝置如圖甲所示，輕彈簧放置在傾斜的長木板上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接．向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能．(1)試驗中涉及下列操作步驟：①松手釋放物塊②接通打點計時器電源③木板一端抬高以平衡摩擦力④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作依次是________(填入代表步驟的序號)．(2)甲同學(xué)實際打點結(jié)果如圖乙所示(紙帶左側(cè)連接物塊)，視察紙帶，可知物塊脫離速度的測量值比真實值________(填“偏小”或“偏大”)．(3)乙同學(xué)實際打點結(jié)果如圖丙所示(紙帶左側(cè)連接物塊)．打點計時器所用溝通電的頻率為50Hz，物塊質(zhì)量為200g，結(jié)合紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的試驗中物塊脫離彈簧時的速度為________m/s，相應(yīng)的彈簧的彈性勢能為________J．(結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)【解析】本題考查探究輕彈簧的彈性勢能．(1)試驗步驟為先平衡摩擦力，即將木板一端抬高以平衡