高考物理大一轮复习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条等长橡皮筋 刻度尺 长木板 铁钉等 实验过程 实验步骤 平衡摩擦力 1 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 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 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 2W 基础检测 1 多选 2015年广东揭阳一中 金山中学 广大附中联考 用如图S5 2所示装置做 探究做功与物体速度变化关系 的实 验时 重力加速度g取10m s2 下列说法正确的是 图S5 2 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 E 该实验操作前必须要平衡小车受到的摩擦力答案 ACE 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运动状态的 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 在 探究恒力做功与动能改变的关系 实验中 装置如图S5 3甲所示 甲 乙 图S5 3 1 下列说法哪一项是正确的 A 平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B 为减小系统误差 应使钩码质量远大于小车质量C 实验时 应使小车靠近打点计时器由静止释放 2 如图乙所示是实验中获得的一条纸带的一部分 选取O A B C为计数点 已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz 则打B点时小车的瞬时速度大小为 m s 计算结果保留3位有效数字 答案 1 C 2 0 653 考点练透 1 2016年重庆第一中学检测 用如图S5 4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 4 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 4 若在本实验中轨道水平放置 其他条件和实验步骤不变 假设木板与轨道之间的动摩擦因数为 测得多组F t1 t2轴上的截距为b 直线的斜率为k 求解 用字母b d L k g表示 间的距离s 则v 其中T为打点周期 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 5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 5 2 实验数据记录 建立上述表格 求出v2值 3 在坐标纸上分别作出W v和W v2图线 以1条橡皮筋 做的功为单位 2 误差分析 1 橡皮筋的粗细不一致 导致做的功与条数不成正比 2 平衡摩擦力时 木板倾角过大或过小 3 测量纸带上各点之间的间距时有误差 4 纸带上的点没有对应小车匀速运动时刻 典例剖析 例2 如图S5 6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 6 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 7所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性 图S5 7 答案 1 刻度尺 2 点距均匀 3 2W 3W4W 5W 4 如图S5 8所示图S5 8 备考策略 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 2016年四川资阳模拟 某兴趣小组准备探究 合外力做功和物体速度变化的关系 实验前组员们提出了以下几种猜想 为了验证猜想 他们设计了如图S5 9甲所示的实验装置 PQ为一块倾斜放置的木板 在Q处固定一个速度传感器 用来测量物体每次通过Q点的速度 在刚开始实验时 小刚同学提出 不需要测出物体质量 只要测出物体初始位置到速度传 感器的距离L和读出速度传感器的读数v就行了 大家经过讨论采纳了小刚的建议 甲 乙 图S5 9 1 请你说明小刚建议的理由 2 让物体分别从不同高度无初速释放 测出物体初始位置到速度传感器的距离L1 L2 L3 L4 读出物体每次通过Q点的速度v1 v2 v3 v4 并绘制了如图乙所示的L v图象 若为了更直观地看出L和v的变化关系 他们下一步应该作出 3 实验中 木板与物体间摩擦力 填 会 或 不会 影响探究的结果 解析 1 若只有重力做功 则mgLsin mv2 等号的两 擦力做功 则 mgsin mgcos L mv2 等号的两边都有m 边都有m 可以约掉 故不需要测出物体的质量 若是重力和摩 也可以约掉 故不需要测出物体的质量 2 采用表格方法记录数据 合理绘制的L v图象是曲线 不能得出结论W v2 为了更直观地看出L和v的变化关系 应该绘制L v2图象 故选A 3 重力和摩擦力的总功W也与距离L成正比 因此不会影 响探究的结果 答案 1 根据动能定理列出方程式 可以简化约去质量m 2 A 3 不会 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 如图S5 10所示 将拉力传感器固定在小车上 平衡小车的摩擦力 拉力传感器可以记录小车受到的拉力大小 在水平桌面上相距一定距离x的A B两点各安装一个速度传感器 分别记录小车通过A B点时的速度大小 改变钩码的数量 图S5 10 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 资料得知 弹簧的弹性势能Ep kx2 其中k是弹簧的劲度系 典例剖析 例3 为了 探究外力做功与物体动能变化的关系 查 数 x是弹簧长度的变化量 某同学就设想用压缩的弹簧推静止的小球 质量为m 运动来探究这一问题 为了研究方便 把小球放在水平桌面上做实验 让小球在弹力作用下运动 即只有弹簧弹力做功 该同学设计实验如下 1 首先进行如图S5 11甲所示的实验 将轻质弹簧竖直挂起来 在弹簧的另一端挂上小球 静止时测得弹簧的伸长量为d 甲 乙 图S5 11在此步骤中 目的是要确定物理量 用m d g表示为 2 接着进行如图乙所示的实验 将这根弹簧水平放在桌面上 一端固定 另一端被小球压缩 测得压缩量为x 释放弹 簧后 小球被推出去 从高为h的水平桌面上抛出 小球在空中运动的水平距离为L 小球的初动能Ek1 小球离开桌面的动能Ek2 弹簧对小球做的功W 用m x d g表示 对比W和Ek2 Ek1就可以得出 外力做功与物体动能变化的关系 备考策略 1 实验原理的创新 对应题干部分 1 弹簧弹力对物体做的功为合外力的功 2 物体的动能增量由平抛运动规律计算得出 2 实验目的的创新 对应第 1 题 由物体的平衡条件求解弹簧的劲度系数 3 数据处理方法的创新 对应第 2 题 4 本实验还可以从以下两个方面创新 1 利用速度传感器测量小球运动的速度 2 利用拉力传感器测出绳对小球的拉力作为小球的合外 力 3 利用光电门测量物体运动的速度 考点练透 3 某同学根据机械能守恒定律 设计实验探究 弹簧的弹 性势能与压缩量的关系 1 如图S5 12甲所示 将轻质弹簧下端固定于铁架台 在上端的托盘中依次增加砝码 测量相应的弹簧长度 部分数据如下表甲所示 由数据算得劲度系数k N m g取9 80m s2 甲 乙 丙图S5 12 2 取下弹簧 将其一端固定于气垫导轨左侧 如图乙所示 调整导轨使滑块自由滑动时 通过两个光电门的速度大小 3 用滑块压缩弹簧 记录弹簧的压缩量x 释放滑块 记录滑块脱离弹簧后的速度v 释放滑块过程中 弹簧的弹性势能转化为 4 重复 3 中的操作 得到v与x的关系如图丙所示 由图可知 v与x成 关系 由上述实验可得结论 对同一根弹簧 弹性势能与弹簧的 成正比 2 要调整气垫导轨水平 使滑块自由滑动时 通过两个光电门的速度相等 3 根据机械能守恒定律 释放滑块后 弹簧的弹性势能转化为滑块的动能 答案 1 50 2 相等 3 滑块的动能 4 正比压缩量的平方