高考物理总复习 实验五 探究动能定理配套课件.ppt

实验五 探究动能定理 1 实验目的 探究外力做功与物体速度变化的关系 2 实验原理 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 测出力与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 可用图s5 1所示的装置进行实验 通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加 再通过打点 计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v 图s5 1 3 实验器材 打点计时器 纸带 复写纸 小车 前有小钩 电源 导线 砝码 5 6条等长橡皮筋 刻度尺 长木板 铁钉等 4 实验步骤 1 按图s5 1所示将实验仪器安装好 同时平衡摩擦力 2 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w1 将这一组数 据记入表格 3 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 这样橡皮筋对小车做的功为w2 测出小车获得的速度v2 将数据记入表格 4 用3条 4条 做实验 用同样的方法测出功和速度 记入表格 间的距离s 则v 其中t为打点周期 5 实验分析 1 数据分析 小车速度的求法 实验获得如图s5 2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 2 实验数据记录 建立上述表格 求出v2值 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 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 3 误差分析 橡皮筋的粗细不一致 导致做的功与条数不成正比 平衡摩擦力时 木板倾角过大或过小 测量纸带上的各点之间间距时有误差 纸带上的点没有对应小车匀速运动时刻 自主检测 1 广东六校2013届联考 某同学在实验室用如图s5 3所 示的装置来研究牛顿第二定律和动能定理的问题 1 为了尽可能减少摩擦力的影响 计时器最好选用 填 电磁 或 电火花 式打点计时器 在没有沙桶拖动下 同时需要将长木板的右端垫高 小车拖动纸带穿过计时器时能 图s5 3 图s5 4 2 在 条件下 可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力 在控制 不变的情况下 可以探究加速度与合力的关系 小车质量为m 沙和桶的质量为m 3 在此实验中 此同学先接通计时器的电源 再放开纸带 如图s5 4所示是在沙和沙桶的质量为m 小车质量为m情况下打出的一条纸带 o为小车开始运动打下的第一点 a b c为过程中的三个相邻的计数点 相邻的计数点之间有四个点没有标出 有关数据如图所示 其中ha 42 05cm hb 51 55cm hc 62 00cm 则小车的加速度为a m s2 打b点时小车的速度为vb m s 保留两位有效数字 4 mghb 4 在此实验中 要探究小车运动的动能定理 要满足一个怎样的关系式 用题中的字母符号表示 不要求计数结果 答案 1 电火花 匀速直线运动 或均匀打点 m 或 2 m m 或沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 小车的质量 3 0 951 0 热点1 对实验基本原理和步骤的考查 例1 双选 在用如图s5 5所示装置做 探究动能定理 的实验时 下列说法正确的是 图s5 5 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的动能 解析 实验通过增加橡皮筋的条数 使橡皮筋对小车做的功成倍增加 故a正确 b错误 小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的情形 故c正确 d错误 答案 ac 思路导引 考察实验原理 如何改变做功数值 测定最终 获得的动能 触类旁通 1 2013年佛山二模 某探究学习小组 验证动能定理 的 实验装置如图s5 6所示 图s5 6 1 实验时首先要平衡摩擦力 取下沙桶 把木板不带滑轮的一端垫高 轻推小车 让小车 填 拖着 或 不拖着 纸带运动 2 打点计时器使用频率为50hz的交流电 记录小车运动的纸带如图s5 7所示 在纸带上相邻两计数点之间还有四个点未画出 本实验需根据此纸带计算 填 速度 或 加速度 的值 其中小车通过计数点 b 时 该值 结果保留两位有效数字 图s5 7 3 若实验室没有沙桶只有钩码 每个钩码质量m 50g 小车总质量m 200g 用该实验装置验证动能定理 则需验证重力对钩码所做的功是否等于 填 小车 或 小车和钩码 动能的增量 答案 1 拖着 2 速度 0 13m s 3 小车和钩码 热点2 创新实验 例2 某实验小组采用如图s5 8所示的装置 实验中 小车碰到制动装置时 钩码尚未到达地面 用打点计时器得到一条纸带后 通过分析 小车位移与速度变化的对应关系 来研究 合外力对小车所做的功与速度变化的关系 图s5 9所示是实验中得到的一条纸带 点o为纸带上的起始点 a b c是纸带的三个连续的计数点 相邻两个计数点间均有4个点未画出 用刻度尺测得a b c到o的距离如图中所示 已知所用交变电源的频率为50hz 问 图s5 8 1 打b点时刻 小车的瞬时速度vb m s 结果 保留两位有效数字 图s5 9 2 实验中 该小组同学画出小车位移x与速度v的关系图象如图s5 10所示 根据该图形状 某同学对w与v的关系做出的猜想 肯定不正确的是 填写选项字母代号 图s5 10 a w v2 b w v c w 1v d w v3 3 本实验中 若钩码下落高度为h1时合外力对小车所做的功为w0 则当钩码下落h2时 合外力对小车所做的功为 用h1 h2 w0表示 思路导引 此题通过分析 小车位移与速度变化的对应关系 来研究 合外力对小车所做的功与速度变化的关系 做功多少由小车运动的位移决定 2 这里的图象是二次函数或幂函数的图象 如果作出的w v曲线是一条直线 表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比关系 即w v 而本题可能是w v2 w v3 3 钩码下落的高度等于小车发生的位移 在合外力一定的情况下 合外力对小车所做的功与钩码下落的高度成正比 拓展提升 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来实现 为简化实验 可将物体初速度设置为零 实验中提供外力的可以是橡皮筋的弹力 也可以是重物通过细绳给物体的拉力等 总之 要把握住动能定理的内容来分析实验 触类旁通 2 2013年湛江二模 在探究动能定理的实验中 某实验小组组装了一套如图s5 11所示的装置 拉力传感器固定在小车上 一端与细绳相连 用拉力传感器记录小车受到拉力的大小 穿过打点计时器的纸带与小车尾部相连接 打点计时器打点周期为t 实验的部分步骤如下 图s5 11 1 平衡小车所受的阻力 不挂钩码 调整木板右端的高度 用手轻推小车 直到打点计时器打出一系列 的点 2 测量小车和拉力传感器的总质量m 按图组装好仪器 并连接好所需电路 将小车停在打点计时器附近 先接通拉力传感器和打点计时器的电源 然后 打出一条纸带 关闭电源 3 在打出的纸带中选择一条比较理想的纸带 如图s5 12所示 在纸带上按打点先后顺序依次取o a b c d e等多个计数点 各个计数点到o点间的距离分别用ha hb hc hd he 表示 则小车和拉力传感器在计时器打下d点时的动能表达式为 若拉力传感器的读数为f 计时器打