高中物理之探究动能定理实验.docx

高中物理之探究动能定理实验【知识建构】机械能功功做功的两个必要因素恒力做功：变力做功功率平均功率：或瞬时功率：机车的两种启动方式以恒定的功率启动以恒定的加速度启动机械能动能：重力势能：弹性势能：机械能：基本规律功能关系：动能定理：机械能守恒定律：能量转化和守恒定律【考情分析】 考试大纲 大纲解读 实验五探究动能定理 本实验属高考冷点，在近几年的高考中涉及的很少，但“利用图像法处理实验数据”这种科学思路在未来的高考中还会涉及，难度相对较低图451【考点知识梳理】1实验目的：探究恒力做功与物体动能改变的关系2实验原理：如图451，小车在一条橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行当我们用2条、3条同样的橡皮筋进行第2次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都_，那么，第2次，第3次实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次2倍、3倍如果把第1次实验时橡皮筋功记为W，以后各次的功就是2W、3W由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由_器测出，也可以用其他方法测出这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据以橡皮筋对车做的功为_，小车获得的速度为_，以第1次实验时的功W为单位，作出Wv曲线，即功速度曲线分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系同样作出Wv2曲线和Wmv2曲线 3实验器材：附有定滑轮的长木板，薄木块，小车，细线，砝码盘及砝码，_，低压交流电源、导线、天平（带一套砝码），_、纸带及复写纸等【考点知识解读】一、探究过程图452按图452所示安装好实验仪器先固定打点计时器，长木板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋，使橡皮筋处于自由长度，并且AB之间的长度略小于A到木板右端的长度或大致相等，使小车从B位置运动到长木板右端时受到橡皮筋向左的拉力做减速运动的距离较小让纸带通过打点计时器，固定在小车上将木板一端垫起来，形成一个斜面，轻推一下小车，小车做匀速运动此时第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格换用2条、3条、4条同样的橡皮筋做实验，并将橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出、，橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W将数据记入录表格分析纸带求出小车在橡皮筋自由长度时，即匀速运动时的速度，在纸带上找出距离相等的三个点并测出它们的距离s，求出速度记录数据Wvv2v3st100004200004300004400004500004600004图4-5-3建立Wv，W，W直角坐标系，描点并用平滑的曲线连结，探究W与v、W与、W与m的关系分析图象得到结论二、注意事项(1)我们用2条、3条橡皮筋进行第2次、第3次实验时，每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致(2)实验时可使木板略微倾斜，使小车恰能做匀速运动（平衡摩擦力）三、 误差分析橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比小车受力为零的位置不一定在设定的B点由于小车不受拉力的位置不一定在B点，这就使拉力功W与橡皮筋的条数不成正比，而作图象时纵坐标的单位长度依然将功与橡皮筋的条数按正比关系取值，这样使作出的W、v（、）各对应点的分布与Wv（、）函数图象发生偏离【例题】图454为了探究对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图454所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请思考探究思路并回答下列问题（打点计时器交流电频率为50Hz）：(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施?_(2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条并起来进行第1次、第2次、第3次实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做的功记为W图455由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图455所示是其中四次实验打出的部分纸带试根据第、项中的信息，填写下表次数 1 2 3 4橡皮筋对小车做功W小车速度v(m/s)v(m/s)从表中数据可得出结论：_解析：（1）将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑（2）表格中数据如下次数 1 2 3 4橡皮筋对小车做功2 W3 W4 W小车速度v(m/s)10141517320v(m/s)10203040结论：橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比答案：如【解析】所示【变式训练】甲乙图456与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时器，其结构如图456甲所示，a、b分别是光电门的激光发射和接收装置，当有物体从a、b间通过时，光电计时器可以显示物体的挡光时间现利用如图456乙所示装置探究动能定理图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为50010-2s、20010-2s已知滑块质量为200kg，滑块沿斜面方向的长度为500cm，光电门1和2之间的距离为054m，g=98m/s3，取滑块经过光电门时的平均速度为其瞬时速度（1）滑块通过光电门1时的速度v1=_m/s，通过光电门2时的速度v2= _m/s（2）滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为_J，重力做的功为_J（3）结论：_【考能训练】 A 基础达标在“探究动能定理”的实验中小车会受到阻力的作用，可以使木板倾斜作为补偿，下面操作正确的是 A使拖着纸带的小车由静止释放，小车不下滑即可 B使拖着纸带的小车由静止释放，小车能下滑即可 C沿木板向下推一下带纸带的小车，放手后打点计时器在纸带上打下的点距均匀即可 D以上说法都不对对于橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难的，可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决，只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是每一次实验的多少倍即可，使用的方法是A用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次为s、2s、3s、进行第1次、第2次、第3次实验时，力对小车做的功就是W、2W、3WB让小车通过相同的距离，第1次力为F，第2次力为2F，第3次力为3F实验时，力对小车做的功就是W、2W、3WC选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次实验时，橡皮筋对小车做的功的就是W、2W、3WD利用弹簧秤测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力作用下移动的距离s，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W、2W、3W在探究动能定理的实验中，小车在运动中会受到阻力作用这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差解决的办法是：使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下列说法中正确的是（ ）A木板只需稍微倾斜一下即可，没有什么严格的要求B木板的倾斜角度在理论上应满足下面条件：即重力沿斜面的分力应等于小车受到的阻力C如果小车在滑行的木板上能做匀速运动，则木板的倾斜程度是符合要求的D其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的在探究动能定理的实验中，作出的Wv曲线如图457所示，应为（ ）图457在探究动能定理的实验中，以v2为横坐标，W为纵坐标，画出的图象为_，说明W与v2的关系_ 在“探究动能定理”的实验中计算小车的速度时，应选择纸带上那些点进行计算（ ） A小车开始运动的点 B纸带上远离小车的点 C纸带上靠近小车的点 D确定小车作匀速运动的点如图558为探究功与物体速度变化关系过程得出的一条纸带图458（1）应选哪些点距离进行测量？（2）怎样根据测得的数据确定小车的速度？在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力成功的条件是什么？图4-5-9B 能力提升8.（2008广东16）某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”。图中小车中可放置砝码。实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面。打点计时器工作频率为50Hz. （1）实验的部分步骤如下：在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；将小车停在打点计时器附近， ， ，小车拖动纸带，打点计时器上打下一列点， ；改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作。（2）图4-5-10是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表1中的相应位置。图4-5-10（3）在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功， 做负功。（4）实验小组根据实验数据绘出了图中的图线（其中）。根据图线可获得的结论是 。要验证“动能定理”还需测量的物理量是摩擦力和 。图4-5-119.（2009广东15）某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”。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。在水平面上相距50.0cm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。图4-5-12（1）试验主要步骤如下：测量 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， ，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 ，重复的操作（2）表1是他们测得的一组数据，期中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= ，W3= （结果保留三位有效数字）图4-5-13（3）根据表1，请在图4-5-13中的方格纸上作出E-W图线 图4-5-1410.（2009安徽21.）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，实验装置如图所师，实验主要过程如下： （1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、； （2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度、； （3）作出草图； （4）分析图像。如果图像是一条直线，表明；如果不是直线，可考虑是否存在、等关系。以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是_。A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实