高考物理一轮复习 6.4.6《实验：探究动能定理》课件（粤教版必修2）

欢迎进入物理课堂 第四单元实验与探究第6课时实验 探究动能定理 必修2第六章机械能和能源 基础回顾 1 猜想与假设根据现有知识猜想 外力对物体做的功可能 物体动能的变化量 2 实验原理实验装置如下图所示 在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘 木块将在砝码盘对它的拉力及长木板对它的摩擦力作用下做匀加速运动 在纸带记录的物体运动的匀加速阶段 适当间隔地取两个点A B 只要取计算一小段位移的 即可确定A B两点各自的速度vA vB 再数出A B两点的时间间隔 t 根据a 算出加速度a 根据牛顿第二定律F合 ma算出F 在这段过程中物体运动的距离s可通过运动纸带测出 我们即可算出合外力做的功 W 另一方面 此过程中物体动能的变化量为 Ek 通过比较W和 Ek的值 就可以找出两者之间的关系 答案 1 等于2 平均速度 要点深化 1 实验目的 1 通过实验 探究功与物体速度变化的关系 2 了解探究功与物体速度变化关系的原理 2 实验原理实验装置如上图所示 在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘 木块将在砝码盘对它的拉力及长木板对它的摩擦力作用下做匀加速运动 在纸带记录的物体运动的匀加速阶段 适当间隔地取两个点A B 只要取计算一小段位移的平均速度即可确定A B两点各自的速度vA vB 再数出A B两点的时间间隔 t 根据a 算出加速度a 根据牛顿第二定律F合 ma算出F合 在这段过程中物体运动的距离s可通过运动纸带测出 我们可即算出合外力做的功 另一方面 此过程中物体动能的变化量为通过比较W和 Ek的值 就可以找出两者之间的关系 在木块运动到长木板的中间位置时 用手托住砝码盘 砝码盘不再对木块有拉力 木块将在长木板的摩擦力作用下做匀减速运动 外力对物体做负功 同样的 我们在纸带记录的物体运动的匀减速阶段取两个有一定间隔的点C D 测出各自的速度vC vD 根据求出加速度a 进而求出合外力F合 并算出外力所做的功W 另一方面 物体动能的变化为比较W和 Ek的值 寻找两者的关系 3 实验器材长木板 一端带滑轮 刻度尺 打点计时器 纸带 导线 电源 小车 细线 砝码盘 砝码 天平 4 实验步骤及数据处理 1 用天平测出木块的质量 把器材按图装置好 纸带固定在木块中间的方孔内 2 把木块放在打点计时器附近 用手按住 往砝码盘中加砝码 接通打点计时器电源 让它工作 放开木块 让它做加速运动 当木块运动到木板中点时 用手托住砝码盘 让木块在木板摩擦力作用下做减速运动 当木块到达定滑轮处 或静止 时 断开电源 3 取下纸带 在纸带上反映物体加速运动和减速运动的两部分点迹中较理想的一段 如下图所示 分别各取两点 其间点迹数不少于9点 量出sA sB sC sD和sAB sCD 由sA sB sC sD及相应的时间间隔 t 如0 08秒 算出vA vB 利用vA vB和A B间的时间间隔 tAB求出A B间木块运动的加速度aAB 同法求出aCD 则木块质量m与aAB aCD的乘积分别表示在AB段和CD段木块受的合力 4 根据实验结果填好下表 看W与 Ek是否相等 5 重新取计数点 重复步骤 3 和 4 再验证一次 5 误差分析 1 木块与桌面的粗糙程度不固定造成实验的误差 2 利用打点计时器上打出的纸带读位移或计算速度时 测量不准确带来误差 题型一实验原理探究 在 探究动能定理 的实验中 某同学按下列步骤进行 把实验器材按下图安装好 把木块放在打点计时器附近 用手按住 往砝码盘中加砝码 接通打点计时器电源 待其正常工作后放开木块 让它做匀加速运动 当木块运动到木板长的1 2左右时 用手托住砝码盘 让木块在摩擦力作用下做匀减速运动 当木块到达定滑轮处 或静止 时 断开电源 取下纸带 在纸带上反映物体加速运动和减速运动的两部分点迹中较理想的一段 分别各取两点 其间点迹数不少于9点 如图所示 采集数据 利用纸带上提供的信息分析 得出结论 问题 1 实验中需不需要用天平测出木块质量m的具体数值 2 利用纸带上提供的信息进行分析时 若以A点为中间时刻 量出包含A点的一小段时间 t 如0 08s 内的位移为SA 则vA 同理可确定vB 设从A至B的时间为 tAB 在木块加速过程中 加速度aAB 木块所受的合外力为FAB 测量A B间的位移SAB 试写出木块加速过程中外力做功与动能变化的可能关系式 答案 1 需要 点评 实验原理探究 就是选择题给的装置探究物理关系或利用题给设备科学分析测量物理量可能依据的原理 同时进行实验设计的试题 本题一定要掌握本实验的来龙去脉 才能对上述要求进行填空 题型训练 1 上例中 假设在减速阶段也符合动能定理 试由纸带上的信息写出计算木块与桌面间的动摩擦因数的表达式 答案 题型二利用橡皮筋做功探究动能定理 如下图所示 是某研究性学习小组做探究 橡皮筋做的功和物体速度变化的关系 的实验 图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出 沿木板滑行的情形 这时 橡皮筋对小车做的功记为W 当我们用2条 3条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验时 每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放 小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出 1 除了图中的已给出的实验器材外 还需要的器材有 2 实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动 应采取的措施是 3 每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的 为了测量小车获得的速度 应选用纸带的 部分进行测量 4 下面是本实验的数据记录表 请将第2次 第3次 实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置 5 从理论上讲 橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn 请你运用数据表中测定的数据在下图所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性 6 若在实验中你做出的图线与理论的推测不完全一致 你处理这种情况的做法是 答案 1 刻度尺 2 把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力 3 点距均匀 4 2W3W4W5W 5 v2n图象如下图所示 6 分析误差来源或改进试验方案或测量手段 重新进行试验 题型训练 2 在用如下图所示的装置做 探究动能定理 的实验中 下列说法正确的是 A 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加速过程中获得的平均速度 解析 因为条数增大到N条 当橡皮筋被拉至同样的长度时 做功也增大到NW 若填成 长度 是错误的 因为长度成倍增大 但夹角变了 力不是成倍增大 故无法确定功 速度也不能填 平均 速度 因为动能定理中做功对应的是动能的瞬时值 针对其变化量改变橡皮筋的长度会改变两个拉力的夹角 这样无法确定后来拉力做的功 答案 AC 题型三利用自由落体探究动能定理 物体在空中下落的过程中 重力做正功 物体的动能越来越大 为了 探究重力做功和物体动能变化的定量关系 我们提供了如图所示的实验装置 1 某同学根据所学的知识结合右图设计一个本实验情景的命题 如图如示 质量为m的小球在重力mg作用下从开始端自由下落至光电门发生的 通过光电门时的 试探究重力做的功 与小球动能变化量 的定量关系 请在 空格处填写物理量的名称和对应符号 在 空格处填写数学表达式 2 某同学根据上述命题进行如下操作并测出如下数字 用天平测定小球的质量为0 50kg 用游标尺测出小球的直径为10 0mm 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为82 80cm 电磁铁先通电 让小球吸在开始端 电磁铁断电时 小球自由下落 在小球经过光电门时间内 计时装置记下小球经过光电门所用时间为2 50 10 3s 由此可算得小球经过光电门的速度为 m s 计算得出重力做的功为 J 小球动能变化量为 J g取9 8m s2 结果保留三位数字 3 试根据 2 下好本实验的结论 解析 1 中根据动能定理的思想去填空 2 中采用极限思维法去计算速度 再结合以上公式计算 因小球直径对计算的影响很小 故没有考虑结果也正确 3 的结论下成重力做的功与物体动能的变化量成正比也可 答案 1 位移s瞬时速度vmgs 2 4 0 4 014 00 3 在误差允许范围内 重力做的功等于物体动能的变化量 题型训练 3 某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中 设计了如图甲所示的实验 将纸带固定在重物上 让纸带穿过打点计时器 先用手提着纸带 使重物静止在靠近计时器的地方 然后接通电源 松开纸带 让重物自由下落 计时器就在纸带上打下一系列小点 得到的纸带如图乙所示 O点为计时器打下的第1个点 该同学对数据进行了下列处理 取OA AB BC 并根据纸带算出了A B C三点的速度分别为vA 0 12m s vB 0 17m s vC 0 21m s 解析 设由O到A的过程中 重力对重物所做的功为W 那么O到B的过程中 重力对重物所做的功为2W 由O到C的过程中 重力对重物所做的功为3W 由计算可知 v2A 1 44 10 2m2 s2 v2B 2 89 10 2m2 s2 v2C 4 41 10 2m2 s2 即有 v2B 2v2A v2C 3v2A 或 由以上数据可以判定W v2是正确的 也可作W v2图象 W v2是过原点的一条直线 所以W v2 答案 能 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全