高考物理一轮总复习 实验五：探究动能定理课件

实验五：探究动能定理1实验目的：探究外力做功与物体速度变化的关系2实验原理探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力与物体做不同功时物体的速度为简化实验可将物体初速度设置为零，可用图 S51 所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度 v.图 S513实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、小车(前有小钩)、电源、导线、砝码、56 条等长橡皮筋、刻度尺、长木板、铁钉等4实验步骤(1)按图 S51 所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力(2)先用 1 条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度 v1，设此时橡皮筋对小车做的功为 W1，将这一组数据记入表格(3)用 2 条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为 W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格(4)用 3 条、4 条做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格5实验分析(1)数据分析小车速度的求法：实验获得如图 S52 所示纸带，利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上 A、B 两橡皮筋条数 位移s/m时间t/s速度速度平方图 S52v/(ms1) v2/(m2s2) 实验数据记录：建立上述表格，求出 v2 值在坐标纸上分别作出 Wv 和 Wv2 图线，以 1 条橡皮筋做的功为单位(2)实验结论：从实验结果看出，功 W 与速度 v 的平方成正比，即 Wv2.(3)误差分析：橡皮筋的粗细不一致，导致做的功与条数不成正比；平衡摩擦力时，木板倾角过大或过小；测量纸带上的各点之间间距时有误差；纸带上的点没有对应小车匀速运动时刻6注意事项(1)平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角(2)测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的(3)橡皮筋应选规格一样的力对小车做的功以 1 条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些【跟踪训练】1为了探究功与物体速度变化的关系，现提供如图 S53所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请思考探究思路并回答下列问题(打点计时器交流电频率为50 Hz)图 S53(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？_.(2)用 n 条橡皮筋做第 n 次实验，得到打出的纸带如图S54，请完成表格回答问题图 S54将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑次数1234橡皮筋对小车做的功W从表中数据可得出结论：_.在误差允许的范围内，橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比小车速度v/(ms1) v2/(m2s2) 2W3W4W1.001.421.732.001.002.024.002.99 题型 1 对实验基本原理和步骤的考查【例 1】(双选)在用图 S55 所示装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是()图 S55A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D通过打点计时器打下的纸带来测定小车的动能解析：实验通过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故 A 正确，B 错误小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的情形，故 C 正确，D 错误答案：AC【触类旁通】1(2010 年珠海模拟)某同学为探究恒力做功与物体动能变化的关系，设计了如下实验，他的操作步骤是：A连接好实验装置(如图 S56 所示)B将质量为 200 g 的小车拉到打点计时器附近，并按住小车C在质量为 10 g、30 g、50 g 的三种钩码中，他挑选了一个质量为 50 g 的钩码挂在拉线的挂钩 P 上D释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带图 S56在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条经测量、计算，得到如下数据：(1)第一个点到第 N 个点的距离为 40.0 cm.(2)打下第 N 点时小车的速度大小为 1.00 m/s.该同学将钩码的重力当做小车所受的拉力，则拉力对小车做的功为_J，小车动能的增量为_J. 答案：(2)0.196 0.1题型 2 探究动能定理的变形实验【例 2】某实验小组采用如图 S57 所示的装置(实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面)用打点计时器得到一条纸带后，通过分析“小车位移与速度变化的对应关系”来研究“合外力对小车所做的功与速度变化的关系”图 S58 是实验中得到的一条纸带，点 O 为纸带上的起始点，A、B、C 是纸带的三个连续的计数点，相邻两个计数点间均有 4 个点未画出，用刻度尺测得 A、B、C 到 O 的距离如图 S58 所示，已知所用交变电源的频率为 50 Hz，问：(1)打 B 点时刻， 小车的瞬时速度 vB_ m/s.(结果保留两位有效数字)图 S58图 S57(2)实验中，该小组同学画出小车位移 x 与速度 v 的关系图象如图 S59 所示根据该图形状，某同学对 W 与 v 的关系做出的猜想，肯定不正确的是_(填写选项字母代号)图 S59(3)本实验中，若钩码下落高度为 h1 时合外力对小车所做_(用 h1 、h2、W0 表示)的功为 W0 ，则当钩码下落 h2 时，合外力对小车所做的功为 (3)钩码下落的高度等于小车发生的位移，在合外力一定的情况下，合外力对小车所做的功与钩码下落的高度成正比答案：(1)0.80 (2)BC (3)备考策略：探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度来实现，为简化实验，可将物体初速度设置为零实验中提供外力的可以是橡皮筋的弹力，也可以是重物通过细绳给物体的拉力等总之，要把握住动能定理的内容来分析实验【触类旁通】2(2010 年揭阳梅州三校联考)某实验小组想测量木板对木块的摩擦力所做的功实验装置如图 S510，一木块放在粗糙的水平长木板上，右侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的滑轮与重物连接，木块左侧与穿过打点计时器的纸带相连，长木板固定在水平实验台上实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动，图 S511 给出了重物落地后打点计时器打出的纸带，系列小黑点是计数点，每相邻两个计数点间还有 4 个打点(图中未标图 S510图 S511出)，计数点间的距离如图 S511 所示打点计时器所用交流电频率为 50 Hz，不计纸带与木块间的拉力(1)可以判断纸带的_(填“左”或“右”)端与木块连接根据纸带提供的数据计算打点计时器在打下 A 点和 B 点时木块的速度 vA_m/s，vB_m/s(结果保留两位有效数字)(2)要测量在 AB 段木板对木块的摩擦力所做的功 WAB，还需要的实验器材是_ ，还应测量的物理量是_(填入所选实验器材和物理量前的字母)A木板的长度 lC木板的质量 m2E木块运动的时间 tG天平B木块的质量 m1D重物的质量 m3FAB 段的距离 lABH秒表J弹簧测力计答案：(1)右 0.72 0.97 (2)G B