2019版高考物理大一轮复习 专题五 机械能 实验五 探究动能定理课件.ppt

实验五 探究动能定理 实验准备实验目的 1 探究外力对物体做功与物体速度变化的关系 2 通过实验数据分析 总结出做功与物体速度平方的正比 关系 实验原理 条数 增加 打点计时器 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 为简化实验可将物体初速度设置为零 可用如图S5 1所示的装置进行实验 通过增加橡皮筋的 使橡皮筋对小车做的功成倍 再通过 和纸带来测量每次实验后小车的末速度v 图S5 1 实验器材打点计时器 纸带 复写纸 小车 带小钩 电源 导线 砝码 5 6条完全相同的橡皮筋 刻度尺 长木板 铁钉等 实验过程 实验步骤 平衡摩擦力 1 按如图S5 1所示将实验仪器安装好 同时 2 先用 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 将这一组数据记入表格 1 W 3 用 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 测出小 车获得的速度v2 将数据记入表格 2 2W 4 用3条 4条 橡皮筋做实验 用同样的方法测出橡皮筋对小车做的功和小车获得的速度 记入表格 5 观察测得数据进行估计 大致判断两个量可能的关系 然后以W为纵坐标 以v2 或v 为横坐标作图 寻找两者的关系 实验结论从实验结果看出 功W与速度v的平方成正比 即W v2 基础检测 2017年槐荫区期末 某实验小组采用如图S5 2所示的装置 探究恒力做功与物体动能变化的关系 提供的实验器材 电火花打点计时器及纸带 沙桶 细沙 细线 小车及砝码 一端带滑轮的长木板及垫块 图S5 2 1 为完成此实验 还需要的器材是 填下列仪器前的字母代号 A 天平 B 秒表 C 毫米刻度尺 2 实验时 为了方便计算合力的功 使小车所受的合力大小等于沙和沙桶的总重力 为此 一方面要消除摩擦力的影响 另一方面还应使沙和沙桶的质量 填 远小于 或 远大于 小车和砝码的总质量 答案 1 AC 2 远小于 考点1 对实验基本原理和步骤的考查 重点归纳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做匀速运动 找到木板一个合适的倾角 2 选点测速 测小车速度时 纸带上的点应选均匀部分的 也就是选小车做匀速直线运动时打的点 3 规格相同 橡皮筋规格相同时 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 典例剖析 例1 某实验小组用如图S5 3所示装置 探究功与物体速 度变化的关系 图S5 3 1 为平衡小车运动过程中受到的阻力 应该采用下面所述 方法中的 填选项前的字母代号 A 逐步调节木板的倾斜程度 让小车能够自由下滑B 逐步调节木板的倾斜程度 让小车在橡皮筋作用下开 始运动 C 逐步调节木板的倾斜程度 给小车一初速度 让拖着 纸带的小车匀速下滑 D 逐步调节木板的倾斜程度 让拖着纸带的小车自由下 滑 2 图S5 4是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带 已知打点计时器连接的电源的频率为50Hz 则橡皮筋恢复原长时小车的速度为 m s 计算结果保留3位有效数字 图S5 4 答案 1 C 2 1 39 1 38 1 40均正确 考点练透 1 2016年重庆第一中学检测 用如图S5 5甲所示装置来探究 功和动能变化的关系 木板上固定两个完全相同的遮光条A B 用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C相连 木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D上 轨道放在水平桌面上 P为小桶 内有沙子 滑轮质量 摩擦不计 重力加速度为g 甲 丙 乙图S5 5 1 实验中轨道应倾斜一定角度 这样做的目的是 A 为了使释放木板后 木板能匀加速下滑B 为了增大木板下滑的加速度 C 可使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功D 可使得木板在未施加拉力时能匀速下滑 2 用游标卡尺测量遮光条的宽度 如图乙所示 则遮光条 的宽度d cm 3 实验主要步骤如下 测量木板 遮光条的总质量M 测量两遮光条的距离L 按图甲正确连接器材 将木板左端与轨道左端对齐 静止释放木板 木板在细线拉动下运动 记录弹簧测力计示数F及遮光条B A先后经过光电门的时间为t1 t2 则遮光条B A通过光电门的过程中木板动能的变化量 Ek 合外力对木板做功W 用字母M t1 t2 d L F表示 在小桶中增加沙子 重复 的操作 比较W Ek的大小 得出实验结论 考点2 实验数据的处理及误差分析 重点归纳1 数据分析 1 小车速度的求法 实验获得如图S5 6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两点 图S5 6 典例剖析 例2 如图S5 7所示是某研究性学习小组做探究 橡皮筋做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 当我们把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点的纸带测出 图S5 7 1 除了图中的已给出的实验器材外 还需要的器材有 2 平衡摩擦后 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 3 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 4 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 请你根据表中测定的数据在如图S5 8所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性 图S5 8 答案 1 刻度尺 2 点距均匀 3 2W 3W 4W 5W 4 vn 如图S5 9所示 图S5 9 2 题后反思 1 实验器材的选用 对应第 1 题 只要应用电磁打点计时器打纸带的实验 与打点计时器相关的器材 如 学生电源 导线 复写纸 纸带必须有 处理纸带时 为测量计时点间距 还应有刻度尺 2 数据处理的方法 对应第 2 3 题 1 纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的 末速度 2 因完全相同的橡皮筋 拉伸相同的长度 故橡皮筋对小 车做的总功与橡皮筋条数成正比 3 利用图象探究物理量间的关系 对应第 4 题 1 利用图象探究物理量间的关系时 首先确定横 纵坐标 轴对应的物理量及单位 2 根据表中数据确定横 纵坐标轴的标度 3 认真描出各坐标点 4 连线时要注意连线原则 偏离直线较远的点要舍去 考点练透 2 某同学利用如图S5 10所示的装置探究功与速度变化的 关系 图S5 10 A 小物块在橡皮筋的作用下弹出 沿水平桌面滑行 之 后平抛落至水平地面上 落点记为M1 B 在钉子上分别套上2条 3条 4条 同样的橡皮筋 使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致 重复步骤 1 小物块落点分别记为M2 M3 M4 C 测量相关数据 进行数据处理 1 为求出小物块抛出时的动能 需要测量下列物理量中的 填正确答案标号 A 小物块的质量mB 橡皮筋的原长x C 橡皮筋的伸长量 xD 桌面到地面的高度h E 小物块抛出点到落地点的水平距离L 2 将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W1 W2 W3 小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1 L2 L3 若功与速度的平方成正比 则应以W为纵坐标 为横坐标作图 才能得到一条直线 3 若小物块与桌面之间的摩擦不能忽略 则由此引起的误 差属于 填 偶然误差 或 系统误差 3 由于仪器本身不精确 或实验方法粗略 或实验原理不完善而产生的误差属于系统误差 实验中由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略而引起的误差属于系统误差 答案 1 ADE 2 L2 3 系统误差 考点3 实验的改进与创新 重点归纳1 实验器材的改进 使用拉力传感器和速度传感器 图S5 11 2 实验方案的改进 1 利用自由落体运动探究功和动能的关系 2 研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离 得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况 也可探究动能定理 这时必须保证小车与水平面上各处之间的动摩擦因数相同 典例剖析 例3 某学习小组利用如图S5 12所示的装置验证动能定 理 图S5 12 1 将气垫导轨调至水平 安装好实验器材 从图中读出两 光电门中心之间的距离x cm 2 测量挡光条的宽度d 记录挡光条通过光电门1和2所用的时间 t1和 t2 并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F 为了完成实验 还需要直接测量的一个物理量是 3 该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 填 是 或 否 答案 1 50 00 2 滑块 挡光条和拉力传感器的总质量M 3 否 题后反思 1 实验器材的创新 对应题干部分 1 利用气垫导轨替代长木板 实验中不必再平衡滑块的摩 擦力 2 利用光电门测量滑块运动的速度更准确 3 利用力传感器测量细绳的拉力更方便 2 实验原理的创新 对应第 2 题 1 实验研究滑块通过两光电门之间的过程中合外力做功与动能改变量的关系 研究对象为滑块 挡光条和拉力传感器组成的整体 2 因用拉力传感器直接测细绳拉力大小 故不必满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 考点练透 3 2016年新课标 卷 某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究 实验装置如图S5 13所示 轻弹簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一物块接触而不连接 纸带穿过打点计时器并与物块连接 向左推物块使弹簧压缩一段距离 由静止释放物块 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能 图S5 13 1 实验中涉及下列操作步骤 把纸带向左拉直 松手释放物块 接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩 并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是 填代表步骤的序 号 2 图S5 14中M和L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果 打点计时器所用交流电的频率为50Hz 由M纸带所给的数据 可求出在该纸带对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m s 比较两纸带可知 填 M 或 L 纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大 图S5 14 答案 1 2 1 29M