高考物理总复习（重难点突破+题型探究）第五章第5课 实验 探究动能定理课件.ppt

第5课实验 探究动能定理 第三单元实验与探究 一 实验目的探究外力做功与物体动能变化的关系 二 实验原理使重物自由下落 测量重物动能改变量和合外力对它所做的功 因此需要测量以下两方面的物理量 1 测量物体某段过程的初 末速度 求出物体的动能变化 其中物体在某点的速度可用某段过程中间时刻的速度等于对应过程的平均速度来计算 2 测出合力和位移即可计算相应过程所做的功 三 实验器材电磁打点计时器 纸带 铁架台 带铁夹 刻度尺 重物等 四 实验步骤 1 如图所示 把打点计时器安装在铁架台上 用导线把打点计时器与学生电源连接好 2 把纸带的一端在重物上用夹子固定好 另一端穿过计时器的限位孔 用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近 3 先接通电源 后松手 让重物带着纸带自由下落 4 重复几次 得到3 5条打好点的纸带 5 在打好点的纸带中挑选点迹清晰且第1 2两计时点间距离接近2mm的一条纸带 在起始点标上o 以后各点依次标上1 2 3 用刻度尺测出对应下落的高度h1 h2 h3 6 应用公式vn 计算各点对应的瞬时速度v1 v2 v3 7 计算各点对应的重力做功mghn和动能增量 进行比较 如下 8 实验结论 在误差允许范围内 重力对物体所做的功等于物体动能的变化量 五 误差分析1 本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力 空气阻力 打点计时器阻力 做功 故动能的增加量 ek稍小于重力做的功w 即 ek w 这属于系统误差 改进的办法是调整器材的安装 尽可能地减小阻力 2 本实验的另一个误差来源于长度的测量 属于偶然误差 减小误差的办法是测下落距离时都从o点量起 依次将各打印点对应的下落高度测量完 或者多次测量取平均值来减小误差 3 打点计时器产生的误差 1 由于交流电周期的变化 引起打点时间间隔变化而产生偶然误差 2 读数点选择不好 振动片振动不均匀 纸带放置方法不正确引起摩擦 都会引起实验误差 六 注意事项1 应选用质量和密度较大的重物 增大重力可使阻力的影响相对减小 增大密度可以减小体积 可使空气阻力减小 2 安装好打点计时器 使其两限位孔在同一竖直平面内 以减小重物带着纸带下落时所受的阻力 3 实验时 应先接通电源 让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落 4 纸带的选取 第一个点为计时起点 o点速度为零 即选择第1 2两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量 5 不需要测出物体的质量 实际只需要验证 ghn即可 对实验原理的理解 例1 2013 广州模拟 某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验 探究动能定理 实验开始前 他们提出了以下几种猜想 w w v w v2 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 用来测量物块每次通过q点时的速度 每次实验 物块从不同初始位置处由静止释放 同学们设计了以下表格来记录实验数据 其中l1 l2 l3 l4 代表物块分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到q点的距离 v1 v2 v3 v4 表示物体每次通过q点的速度 1 他们根据实验数据绘制了如图乙所示的lv图象 并得出结论w v2 他们的做法是否合适 你有什么好的建议 2 在此实验中 木板与物块间摩擦力的大小 选填 会 或 不会 影响探究出的结果 解析 1 由于lv图象为曲线 故不能得出结论 应进一步绘制lv2图象 2 由于合外力做功w mgsin mgcos s 摩擦力为恒力 当s增大为原来的2 3 4 倍时 w变为2w 3w 4w 故不影响探究结果 答案 1 不合适 应进一步绘制lv2图象 2 不会 实验数据的处理和误差分析 例2 2013 珠海模拟 某同学为探究 合力做功与物体动能变化的关系 设计了如下实验 他的操作步骤是 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点的距离分别为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点合力做的功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 没有平衡摩擦力 使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多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解析 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 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 b正确 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 故不选c d 利用自由落体探究动能定理 例3 物体在空中下落的过程中 重力做正功 物体的动能越来越大 为了 探究重力做功和物体动能变化的定量关系 我们提供了下图所示的实验装置 1 某同学根据所学的知识结合题图设计了一个本实验情景的命题 如图所示 测出质量为m的小钢球在重力mg作用下从上端自由下落至光电门产生的 通过光电门时的 试探究重力做的功 与小球动能变化量 的定量关系 请在 空格处填写物理量的名称和对应符号 在 空格处填写数学表达式 2 某同学根据上述命题进行了如下操作并测出了如下数据 用天平测出小球的质量为0 50kg 用游标卡尺测出小球的直径为10 0mm 用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为82 80cm 让电磁铁先通电 把小球吸在开始端 电磁铁断电后 小球自由下落 在小球经过光电门的时间内 计时装置记下小球经过光电门所用时间为2 50 10 3s 由此可算得小球经过光电门的速度为 m s 计算得出重力做的功为 j 小球动能变化量为 j g取9 8m s2 结果保留3位数字 3 试根据 2 下好本实验的结论 审题突破 本题考查学生如下思维过程 1 如何根据图形结合教材中所学知识 或做过的实验 设计实验情景的命题 2 理解实验的操作过程 实验原理 掌握实验数据的处理方法 3 得出正确的结论 解析 1 根据动能定理的思想去填空 2 采用极限思维法去计算速度 再结合以上公式计算 因小球直径对计算的影响很小 故没有考虑结果也正确 3 结论