2019版高考物理总复习 第五章 机械能 实验五 探究动能定理课件.ppt

实验五探究动能定理 误差分析1 误差的主要来源是橡皮筋的长度 粗细不一 使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比 2 没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差 3 利用打上点的纸带计算小车的速度时 测量不准带来误差 注意事项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 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运动状态的点 3 橡皮筋的选择 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 热点一教材原型实验 例1 2017 温州模拟 如图1所示 某同学在做 探究功与速度变化的关系 的实验 当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时 橡皮筋对小车做的功记为W 当用2条 3条 橡皮筋重复实验时 设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W 3W 1 图1中电火花计时器的工作电压是 V的交流电 2 实验室提供的器材如下 长木板 小车 橡皮筋 电火花计时器 纸带 电源等 还缺少的测量工具是 3 图1中小车上有一固定小立柱 如图2中给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式 为减小实验误差 你认为最合理的套接方式是 4 在正确操作的情况下 某次实验所打的纸带如图3所示 打在纸带上的点并不都是均匀的 为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度 应选用纸带的 部分进行测量 根据纸带中字母回答 小车获得的速度是 m s 结果保留2位有效数字 图3 答案 1 220 2 刻度尺 3 A 4 GJ0 65 解析 1 电火花计时器的工作电压是220V的交流电 2 处理实验数据时需要测量两计数点间的距离 因此还需要的器材是刻度尺 3 橡皮筋最合理的套接方式是A 以A的方式套接释放小车后 橡皮筋不会影响小车的运动 变式训练1 2017 廊坊模拟 某同学做探究合力做的功和物体速度变化的关系的实验装置如图4甲所示 小车在橡皮筋的作用下弹出 沿木板滑行 用1条橡皮筋时对小车做的功记为W 当用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 每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致 实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带求出 图4 1 木板水平放置 小车在橡皮筋作用下运动 当小车速度最大时 关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置 下列说法正确的是 A 橡皮筋仍处于伸长状态B 橡皮筋恰好恢复原长C 小车紧靠着打点计时器D 小车已超过两个铁钉的连线 2 如图乙所示是某次操作正确的情况下 在频率为50Hz的电源下打点计时器记录的一条纸带 为了测量小车获得的速度 应选用纸带的 选填 A F 或 F I 部分进行测量 速度大小为 m s 3 通过该实验的正确操作和正确处理数据 应该得出合力做的功W和物体速度v变化的关系是 用本问中的字母表达 解析 1 平衡摩擦力后 橡皮筋的拉力等于小车受到的合力 橡皮筋做功完毕 小车的速度最大 若不进行平衡摩擦力操作 则当橡皮筋的拉力等于摩擦力时 速度最大 本题中木板水平放置 显然没有进行平衡摩擦力的操作 因此当小车的速度最大时 橡皮筋仍处于伸长状态 故选项B C D错误 A正确 3 所以W与v2成正比 即W v2 答案 1 A 2 F I0 76 3 W v2 热点二实验拓展创新1 装置时代化 例2 2017 北京理综 21 如图5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5 1 打点计时器使用的电源是 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 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 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它阻力的影响 A 计时器不打点B 计时器打点 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 打B点时小车的速度v 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6所示 图6 4 以v2为纵坐标 W为横坐标 利用实验数据做出如图7所示的v2 W图象 由此图象可得v2随W变化的表达式为 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 图7 5 假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力的影响 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 下图中正确反映v2 W关系的是 解析 1 打点计时器使用交流电源 2 平衡摩擦力的方法为将木板一端垫高 使得重力沿木板方向的分力与所有阻力 包括打点过程中的阻力 平衡 使小车做匀速直线运动 判断小车做匀速直线运动是根据纸带上相邻点间的距离相等判定 故需计时器打点 变式训练2 某校物理兴趣小组利用如图8所示装置探究合力做功与动能变化的关系 在滑块上安装一遮光条 系轻细绳处安装一拉力传感器 可显示出轻细绳的拉力 把滑块放在水平气垫导轨上A处 细绳通过定滑轮与钩码相连 光电门安装在B处 气垫导轨充气 将滑块从A位置由静止释放后 拉力传感器记录的读数为F 光电门记录的时间为 t 图8 1 用螺旋测微器测量遮光条的宽度 如图9所示 则宽度为 mm 图9 解析 1 根据螺旋测微器读数规则 遮光条的宽度d 2 5mm 0 058mm 2 558mm 1 某学习小组在 探究功与速度变化的关系 的实验中采用了如图10所示的实验装置 图10 1 将气垫导轨接通气泵 通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平 检查是否调平的方法是 3 逐根增加橡皮条 记录每次遮光条经过光电门的时间 并计算出对应的速度 则画出的W v2图象应是 2 如图11示 游标卡尺测得遮光条的宽度 d cm 实验时 将橡皮条挂在滑块的挂钩上 向后拉伸一定的距离 并做好标记 以保证每次拉伸的距离恒定 现测得挂一根橡皮条时 滑块弹离橡皮条后 经过光电门的时间为 t 则滑块最后匀速运动的速度表达式为 用字母表示 图11 解析 1 检查导轨是否水平的方法 将滑块轻放在气垫导轨上 看其是否滑动 或将滑块轻放在气垫导轨上 轻推滑块看是否匀速运动 2 d 5mm 0 05mm 10 5 50mm 0 550cm 2 为了 探究动能改变与合外力做功的关系 某同学设计了如下实验方案 第一步 把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起 把质量为M的滑块通过细绳与质量为m的带夹子的重锤跨过定滑轮相连 重锤下连一穿过打点计时器的纸带 调整木板倾角 直到轻推滑块后 滑块沿木板向下匀速运动 如图12甲所示 第二步 保持长木板的倾角不变 将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处 取下细绳和重锤 将滑块与纸带相连 使纸带穿过打点计时器 然后接通电源 释放滑块 使之从静止开始向下加速运动 打出纸带 如图乙所示 打出的纸带如图丙所示 图12 请回答下列问题 1 已知O A B C D E F相邻计数点间的时间间隔为 t 根据纸带求滑块运动的速度 打点计时器打B点时滑块运动的速度vB 2 已知重锤质量为m 当地的重力加速度为g 要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块 写出物理量名称及符号 只写一个物理量 合外力对滑块做功的表达式W合 3 算出滑块运动OA OB OC OD OE段合外力对滑块所做的功W以及在A B C D E各点的速度v 以v2为纵轴 W为横轴建立直角坐标系 描点作出v2 W图象 可知该图象是一条 根据图象还可求得 2 由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x 由动能定理可知W合 Ek 即mgx Ek 3 2017 江苏单科 10 利用如图13所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系 小车的质量为M 200 0g 钩码的质量为m 10 0g 打点计时器的电源为50Hz的交流电 图13 1 挂钩码前 为了消除摩擦力的影响 应调节木板右侧的高度 直至向左轻推小车观察到 2 挂上钩码 按实验要求打出的一条纸带如图14所示 选择某一点为O 依次每隔4个计时点取一个计数点 用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x 记录在纸带上 计算打出各计数点时小车的速度v 其中打出计数点 1 时小车的速度v1 m s 图14 请根据表中的数据 在方格纸上作出 Ek W图象 4 实验结果表明 Ek总是略小于W 某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的 用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F N 解析 1 该实验能平衡小车所受摩擦力的标志是在斜面上轻推小车 小车能做匀速直线运动 3 根据表中的数据 在方格纸上描点 连线如图所示 答案 1 小车做匀速运动 2 0 228 3 见解析 4 0 093