高考物理一轮总复习 实验 探究动能定理课件 新人教版.ppt

实验五探究动能定理 实验过程 一 实验步骤1 按原理图将仪器安装好 2 平衡摩擦力 在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板 反复移动木板的位置 直至小车上不挂橡皮筋时 纸带打出的点间距均匀 即小车能匀速运动为止 3 先用1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w 将这一组数据记入表格 4 用2条橡皮筋做实验 实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同 这时橡皮筋对小车做的功为2w 测出小车获得的速度v2 将数据记入表格 5 用3条 4条 橡皮筋做实验 用同样的方法测出功和速度 记入表格 二 数据处理1 测量小车的速度实验获得如图所示的纸带 为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系 需要测量弹力做功结束时小车的速度 即小车做匀速运动的速度 应在纸带上测量的物理量 a1 a2间的距离x 小车速度的表达式是 t为打点计时器打点的时间间隔 2 记录实验数据把计算出的速度填入表格中并算出v2的值 3 数据处理在坐标纸上画出w v或w v2图线 w 以一条橡皮筋做的功为单位 4 实验结论从图像分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为w v2 误差分析 注意事项 1 平衡摩擦力时 将木板一端垫高 使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡 方法 使小车连着纸带并接通电源 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 找到长木板的一个合适的倾角 2 测小车的速度时 纸带上的点应选均匀部分的 也就是选小车做匀速运动时的那部分纸带 3 选择橡皮筋时 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 4 开始实验时 小车应靠近打点计时器 并且要先接通电源再释放小车 5 选择小车时 小车质量应适当大一些 使纸带上打的点多一些 热点1对实验原理的理解 典例1 2013 福建高考 在 探究恒力做功与动能改变的关系 实验中 装置如图甲 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 图乙是实验中获得的一条纸带的一部分 选取o a b c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 保留三位有效数字 标准解答 平衡摩擦力的原理就是在没有拉力的情况下调整斜面倾角 使 tan a错 为减小系统误差应使钩码质量远小于小车质量 b错 实验时使小车靠近打点计时器能充分利用纸带 由静止释放则后面点测出的动能即等于该过程的动能变化量 便于利用实验数据进行探究 故选c 据vb 0 653m s可得打b点时小车的瞬时速度 答案 1 c 2 0 653 热点2实验数据的处理和误差分析 典例2 某同学为探究 合力做功与物体动能改变的关系 设计了如下实验 他的操作步骤 1 按图甲摆好实验装置 其中小车质量m 0 20kg 钩码总质量m 0 05kg 2 释放小车 然后接通打点计时器的电源 电源频率为f 50hz 打出一条纸带 3 他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条 如图乙所示 把打下的第一点记作0 然后依次取若干个计数点 相邻计数点间还有4个点未画出 用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为d1 0 041m d2 0 055m d3 0 167m d4 0 256m d5 0 360m d6 0 480m 他把钩码重力 当地重力加速度g 10m s2 作为小车所受合力 算出打下0点到打下第5点合力做功w j 结果保留三位有效数字 用正确的公式ek 用相关数据前字母列式 把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量 算得ek 0 125j 4 此次实验探究的结果 他没能得到 合力对物体做的功等于物体动能的增量 且误差很大 通过反思 他认为产生误差的原因如下 其中正确的是 a 钩码质量太大 使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多b 由于取计数点 两点之间的时间太长 各个时刻的速度值计算不准 c 释放小车和接通电源的次序有误 使得动能增量的测量值比真实值偏小d 没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因 标准解答 若用钩码的重力作为小车受的合力 则f合 mg 0 5n 从0点到打第5点时水平位移x d5 0 360m 所以w f合x 0 5 0 360j 0 180j 打第5点时小车动能式中 t为5个时间间隔 即从该同学的实验操作情况来看 造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车的合力 实验前没有平衡摩擦力 故选项a正确 取计数点之后更便于速度的计算 b错误 c d两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响 故c d错误 答案 3 0 180 4 a 1 在 探究功与物体速度变化关系 的实验中 每次选取纸带后 我们应选取纸带上的哪些点来求小车的速度 a 间距均匀的b 间距不均匀的c 间距均匀的与不均匀的都可d 最好是间距均匀的 若纸带上没有间距均匀的 也可用间距不均匀的 解析 选a 橡皮筋完全恢复后不再有力对小车做功 小车做匀速运动 纸带上的点间距是均匀的 故a对 b c错 若纸带上没有间距均匀的点 说明纸带太短 橡皮筋还没完全恢复原状纸带已完全通过打点计时器 在这种情况下应选用更长的纸带 或者是因为没有完全平衡摩擦力 需重新平衡摩擦力 故d错 2 某兴趣小组在做 探究做功和物体速度变化关系 的实验前 提出以下几种猜想 w v w v2 w v 他们的实验装置如图甲所示 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 有位同学提出 不需要测出物体质量 只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了 大家经过讨论采纳了该同学的建议 1 本实验中不需要测量物体质量的理由是什么 2 让物体分别从不同高度无初速度释放 测出物体从初始位置到速度传感器的距离l1 l2 l3 l4 读出物体每次通过速度传感器q的速度v1 v2 v3 v4 并绘制了如图乙所示的l v图像 根据绘制出的l v图像 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 a l v2图像b 图像c 图像d 图像 解析 1 因为w ek 而w mg sin cos l 等式两边都有m 所以探究w与v的关系可以不用测量质量m 2 由于题图乙是关于 l v 的图像 该图像为曲线 不便于直观地看出l和v的变化关系 所以 下一步应作出l v2的图像 应选a 答案 1 见解析 2 a 3 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 a 第一步他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的带夹重锤相连 然后跨过定滑轮 重锤夹后连一纸带 穿过打点计时器 调整木板倾角 直到轻推滑块后 滑块沿木板匀速运动如图甲所示 b 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 取下细绳和钩码 将滑块与纸带相连 使其穿过打点计时器 然后接通电源释放滑块 使之从静止开始加速运动 打出纸带 如图乙所示 打出的纸带如图 试回答下列问题 1 已知o a b c d e f相邻计数点的时间间隔为 t 根据纸带求滑块速度 当打点计时器打a点时滑块速度va 打点计时器打b点时滑块速度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 合外力对滑块做功的表达式w合 3 测出滑块运动oa段 ob段 oc段 od段 oe段合外力对滑块所做的功 算出va vb vc vd ve 以v2为纵轴 以w为横轴建坐标系 描点作出v2 w图像 可知它是一条过坐标原点的倾斜直线 若直线斜率为k 则滑块质量m 解析 1 由于一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度 所以 2 取下重锤后 滑块下滑的合外力即为f mg 所以还要测出滑块下滑的位移x 才能求出合外力的功 表达式w合 fx mgx 3 由于故斜率所以滑块质量答案 1 2 下滑的位移xmgx 3 4 2012 海南高考 一水平放置的轻弹簧 一端固定 另一端与一小滑块接触 但不粘连 初始时滑块静止于水平气垫导轨上的o点 如图甲所示 现利用此装置探究弹簧的弹性势能ep与其被压缩时长度的改变量x的关系 先推动小滑块压缩弹簧 用米尺测出x的数值 然后将小滑块从静止释放 用计时器测出小滑块从o点运动至气垫导轨上另一固定点a所用的时间t 多次改变x 测得的x值及其对应的t值如表所示 表中的值是根据t值计算得出的 1 根据表中数据 在图乙中的方格纸上作图线 2 回答下列问题 不要求写出计算或推导过程 已知点 0 0 在图线上 从图线看 与x是什么关系 从理论上分析 小滑块刚脱离弹簧时的动能ek与是什么关系 不考虑摩擦力 当弹簧长度改变量为x时 弹性势能ep与相应的ek是什么关系 综合考虑以上分析 ep与x是什么关系 解析 1 描点 作直线 如图所示 2 滑块运动到o点过程 弹性势能转化为动能 机械能守恒 即压缩x时的弹性势能ep等于滑块在o点时的动能ek 滑块在o点的右边做匀速直线运动 设oa l 则运动速度即 从图线可看出 与x成正比关系 滑块脱离弹簧时的动能为所以ek与成正比 弹簧压缩量为x时 ep ek 弹性势能ep与成正比 而与x成正比 所以ep与x2成正比 答案 1 图线见解析图 2 与x成正比关系 ek与成正比 ep ek ep与x2成正比 5 2013 四川高考 如图甲所示 某组同学借用 探究a与f m之间的定量关系 的相关实验思想 原理及操作 进行 研究合外力做功和动能变化的关系 的实验 1 为达到平衡阻力的目的 取下细绳及托盘 通过调整垫片的位置 改变长木板倾斜程度 根据打出的纸带判断小车是否做运动 2 连接细绳及托盘 放入砝码 通过实验得到图乙所示的纸带 纸带上o为小车运动起始时刻所打的点 选取时间间隔为0 1s的相邻计数点a b c d e f g 实验时小车所受拉力为0 2n 小车的质量为0 2kg 请计算小车所受合外力做的功w和小车动能的变化 ek 补填表中空格 结果保留至小数点后第四位 分析上述数据可知 在实验误差允许的范围内w ek 与理论推导结果一致 3 实验前已测得托盘质量为7 7 10 3kg 实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为kg g取9 8m s2 结果保留至小数点后第三位 解析 1 把长木板的一侧垫高 以补偿打点