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第5讲 实验：探究动能定理,知识梳理 实验装置 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等。,实验步骤 用一条橡皮筋拉小车做功W0 ; 用两条橡皮筋拉小车做功2W0 ; 用三条橡皮筋拉小车做功3W0 ; 测出每次小车获得的速度 ;, 分别用各次实验的v和W绘出v-W,v2-W,v3-W, -W关系图 ; 找出v与W间的关系W= mv2。,1.(多选)在“探究动能定理”的实验中,某同学是用下面的方法和器材 进行实验的:放在长木板上的小车,由静止开始在几条完全相同的橡皮 筋的作用下沿木板运动,小车拉动固定在它上面的纸带,纸带穿过打点 计时器。关于这一实验,下列说法中正确的是 ( ) A.长木板要适当倾斜,以平衡小车运动中受到的阻力 B.重复实验时,虽然用到橡皮筋的条数不同,但每次应使橡皮筋拉伸的,长度相同 C.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最密集的部分 进行计算 D.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最均匀的部分 进行计算,ABD,答案 ABD 在本题的实验中,由于小车在运动中受到阻力(摩擦力和 纸带的阻力),所以要使长木板适当倾斜,以平衡小车运动过程中受到的 阻力。重复实验时,为了使橡皮筋对小车所做的功与它的条数成正比, 所以用到橡皮筋的条数虽然不同,但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同。 利用纸带上的点计算小车的速度时,由于要计算的是小车不受橡皮筋的 弹力后匀速运动的速度,所以应选用纸带上打点最均匀的部分进行计 算,故A、B、D选项是正确的。,2.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图, 他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑 轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上 相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器,记录小车通过A、B时 的速度大小。小车中可以放置砝码。,(1)实验主要步骤如下: 测量 小车 和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力 传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路。 将小车停在C点, 由静止释放小车 ,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及 小车通过A、B时的速度。 在小车中增加砝码,或 减少钩码数 ,重复的操作。 (2)下表是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量之和,| - |是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量 E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所做的功。表格中的E3 = 0.600 ,W3= 0.610 。(结果保留三位有效数字),(3)根据图表,请在图中的方格纸上作出E-W图线。,答案 (1)小车 由静止释放小车 减少钩码数 (2)0.600 0.610 (3)如图所示,解析 (1)略。 (2)由表中数据得E3= M| - |=0.600 J W3=FL=0.610 J (3)略。,深化拓展,考点 探究动能定理应注意的事项,深化拓展 考点 探究动能定理应注意的事项 1.平衡摩擦力:将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力 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,从而找到木板合适的倾角。,2.选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,对应小车处于 匀速运动状态。,3.规格相同:橡皮筋应选规格一样的。力对小车做的功以一条橡皮筋做 的功为单位即可,不必计算出具体数值。,1-1 (2017北京理综,21,18分)如图1所示,用质量为m的重物通过滑轮牵 引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情 况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。 图1 (1)打点计时器使用的电源是 B (选填选项前的字母)。,A.直流电源 B.交流电源 (2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是 A (选填 选项前的字母)。 A.把长木板右端垫高 B.改变小车的质量 在不挂重物且 B (选填选项前的字母)的情况下,轻推一下小车。 若小车拖着纸带做匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影 响。 A.计时器不打点 B.计时器打点,(3)接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第 一个点标为O。在纸带上依次取A、B、C若干个计数点,已知相邻 计数点间的时间间隔为T。测得A、B、C各点到O点的距离为x1、 x2、x3,如图2所示。 图2 实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg。 从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W= mgx2 ,打B点时小 车的速度v= 。,(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作出如图3所示的v2-W图 像。由此图像可得v2随W变化的表达式为 v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1 。根据功与能的关 系,动能的表达式中可能包含v2这个因子;分析实验结果的单位关系,与 图线斜率有关的物理量应是 质量 。,图3 (5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足 远小于小车质量的条件,则从理论上分析,图4中正确反映v2-W关系的是 A 。 图4,答案 (1)B (2)A B (3)mgx2 (4)v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1 质量 (5)A,解析 本题考查“探究动能定理”实验。 (1)打点计时器使用的是交流电源。 (2)把长木板右端垫高,利用小车的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其 他阻力;在不挂重物且计时器打点的情况下,小车沿斜面能匀速运动,表 明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。 (3)W=Fs=mgx2,vB= = 。 (4)由图知,图线为一条纵截距为零、斜率k=(4.55.0)m2s-2J-1的直线,其 函数表达式为v2=kW。 根据动能定理W= mv2得v2= W,故斜率k= ,与质量有关。 (5)根据功能关系有W= (M+m)v2,所以v2= W,v2W,图A正确。,1-2 探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验 装置如图甲所示。实验过程中有平衡摩擦力的步骤,并且设法让橡皮筋 对小车做的功以整数倍增大,即分别为W0、2W0、3W0、4W0 甲 实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力,目的是 C (填 写字母代号)。,A.为了释放小车后小车能做匀加速运动 B.为了增大橡皮筋对小车的弹力 C.为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 D.为了使小车获得较大的动能 图乙是在正确操作情况下打出的一条纸带,从中截取了测量小车最大 速度所用的一部分,已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s,则小车获得的 最大速度vm= 1.22 m/s(保留3位有效数字)。 乙 几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车,获得的最大速度vm的数据,并利用数据绘出了图丙给出的四个图像,你 认为其中正确的是 D 。 丙,答案 C 1.22 D,解析 实验目的是探究合外力做功与物体速度的关系,平衡摩擦力 后,橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功。 橡皮筋对小车做功,小车做加速度变化的加速运动,当匀速时,速度最 大,vm= m/s=1.22 m/s。 由W= m 知W ,D正确。,
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