高考物理一轮复习 实验五 探究动能定理课件1.ppt

实验五探究动能定理 实验目的 1 通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系 2 通过分析实验数据 总结出外力做功与物体速度平方的正比关系 实验原理 1 改变功的大小 采用如图所示的实验装置 用1条 2条 3条 规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放 橡皮筋拉力对小车所做的功依次为w 2w 3w 2 确定速度的大小 小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出 也可以用其他方法测出 3 寻找功与速度变化的关系 以橡皮筋拉力所做的功w为纵坐标 小车获得的速度v为横坐标 作出w v或w v2图象 分析图象 得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系 实验器材 小车 前面带小钩 长木板 在两侧适当的对称位置钉两个铁钉 打点计时器 纸带 导线 学生电源 若使用电火花计时器则不用学生电源 5条同规格的橡皮筋及毫米刻度尺 实验过程 1 仪器安装 1 按实验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 轻推小车 纸带打出的点间距均匀 即小车能匀速运动为止 2 测量与记录 1 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 2 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 3 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 数据处理 1 求速度 实验获得如图所示纸带 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 c两点间的距离x 则v 其中t为打点周期 2 记数据 计算w 2w 3w 时对应v v2的数值 填入表格 3 作图象 在坐标纸上分别作出w v和w v2图线 从中找出功与速度变化的关系 4 得结论 从图象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 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 选点测速 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部分 3 橡皮筋的选择 橡皮筋应选规格一样的 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 先后顺序 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 小车的选择 小车质量应适当大一些 使纸带上打的点多一些 热点一对实验原理与操作的考查 典例1 2018 西安模拟 某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系 导学号04450122 1 下列叙述正确的是 a 每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值b 每次实验中 橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致c 放小车的长木板应该尽量使其水平d 先接通电源 再让小车在橡皮筋的作用下弹出 2 多选 实验中 某同学得到了一条如图乙所示的纸带 这条纸带上的点距并不均匀 下列说法正确的是 a 纸带的左端是与小车相连的b 纸带的右端是与小车相连的c 利用e f g h i j这些点之间的距离来确定小车的速度d 利用a b c d这些点之间的距离来确定小车的速度 3 多选 实验中木板略微倾斜 这样做 a 是为了释放小车后 小车能匀加速下滑b 是为了增大小车下滑的加速度c 可使得橡皮筋做的功等于合力对小车做的功d 可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动 4 若根据多次测量数据画出的w v图象如图丙所示 根据图线形状 可知对w与v的关系符合实际的是图丙中的 解题指导 1 命题立意 本题意在考查探究功与速度变化的关系的原理 2 解题关键 完全相同的橡皮筋在伸长量相同时 n根橡皮筋对小车做的功是一根橡皮筋对小车做的功的n倍 无需计算功的具体数值 小车获得的速度是指橡皮筋做功后小车匀速运动的速度 规范解答 1 橡皮筋对小车做的功和小车获得的动能满足w mv2的关系 所以当小车质量一定时 w与v2成正比 只需要看w与v2是否成正比即可 故a错误 实验中改变拉力做功时 为了能定量 所以用不同条数的橡皮筋且拉到相同的长度 这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系 故b错误 从纸带上看出 小车先加速运动后 匀速 这样的话就需要平衡摩擦力 故木板应该是倾斜的 故c错误 利用打点计时器得到打点纸带时应先接通电源 后让纸带运动 故d正确 2 纸带右端密集 故纸带的右端是与小车相连的 要测量最大速度 应该选用点迹间距均匀的部分 即应选用纸带的a b c d部分进行测量 故b d正确 a c错误 3 使木板倾斜 小车受到的摩擦力与小车所受重力的分量大小相等 在不施加拉力时 小车在斜面上受到的合力为零 小车可以在斜面上静止或做匀速直线运动 小车与橡皮筋连接后 小车所受到的合力等于橡皮筋的拉力 橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功 故a b错误 c d正确 4 实验研究发现 w与v2成正比 故w与v的图象应该是向上弯曲的曲线 故c正确 a b d错误 答案 1 d 2 b d 3 c d 4 c 强化训练 在 探究功与速度变化的关系 实验中 某同学设计了如图甲所示的实验方案 使小物块在橡皮筋的作用下沿水平桌面被弹出 第二次 第三次 操作时分别改用2根 3根 同样的橡皮筋将小物块弹出 测出小物块被弹出时的速度 然后找到牵引力对小物块做的功与小物块速度的关系 1 要测得小物块被弹出后的水平速度 需要测量哪些物理量 填正确答案标号 g已知 a 小物块的质量mb 橡皮筋的原长xc 橡皮筋的伸长量 xd 桌面到地面的高度he 小物块抛出点到落地点的水平距离l 2 用测量的物理量表示获得速度大小的表达式 3 能够实现橡皮筋对小物块做功整数倍变化的是 a 增加相同橡皮筋的条数 使小物块每次从同一位置释放b 橡皮筋两端固定 使橡皮筋的伸长量依次加倍c 橡皮筋两端固定 使橡皮筋的长度依次加倍d 释放小物块的位置等间距的变化 4 根据实验数据做出w v2的图象如图乙所示 图线不通过原点的原因是 解析 1 2 物块离开桌面后做平抛运动 竖直方向h gt2 水平方向l vt 解得v l 要测物块被弹出时的速度 需要测量桌面到地面的高度h 小物块抛出点到落地点的水平距离l 故d e正确 3 实验时 选择相同的橡皮筋 使橡皮筋的形变量相同 通过改变橡皮筋的条数改变橡皮筋对小车所做的功 故a正确 b c d错误 4 物块在桌面上运动时 弹力对物块做正功 摩擦力对物块做负功 由于物块要克服摩擦力做功 则图象不过原点 答案 1 d e 2 v l 3 a 4 物块在桌面上运动时要克服摩擦力做功 反思归纳 实验中应注意的问题 1 橡皮筋对小车做功获得的速度应该是最大速度 即小车匀速运动时的速度 2 小车的释放位置每一次必须相同 3 小车的质量不需要测量 橡皮筋对小车做的功也无需测出具体数值 热点二对实验数据处理和误差分析的考查 典例2 2017 北京高考 如图甲所示 用质量为m的重物通过滑轮牵引小车 使它在长木板上运动 打点计时器在纸带上记录小车的运动情况 利用该装置可以完成 探究动能定理 的实验 导学号04450123 1 打点计时器使用的电源是 选填选项前的字母 a 直流电源b 交流电源 2 实验中 需要平衡摩擦力和其他阻力 正确操作方法是 选填选项前的字母 a 把长木板右端垫高b 改变小车的质量在不挂重物且 选填选项前的字母 的情况下 轻推一下小车 若小车拖着纸带做匀速运动 表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响 a 计时器不打点b 计时器打点 3 接通电源 释放小车 打点计时器在纸带上打下一系列点 将打下的第一个点标为o 在纸带上依次取a b c 若干个计数点 已知相邻计数点间的时间间隔为t 测得a b c 各点到o点的距离为x1 x2 x3 如图乙所示 实验中 重物质量远小于小车质量 可认为小车所受的拉力大小为mg 从打o点到打b点的过程中 拉力对小车做的功w 打b点时小车的速度v 4 以v2为纵坐标 w为横坐标 利用实验数据作如图丙所示的v2 w图象 由此图象可得v2随w变化的表达式为 根据功与能的关系 动能的表达式中可能包含v2这个因子 分析实验结果的单位关系 与图线斜率有关的物理量应是 5 假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响 若重物质量不满足远小于小车质量的条件 则从理论上分析 图丁中正确反映v2 w关系的是 解题指导 1 命题立意 本题意在考查探究动能定理的数据处理和误差分析 2 解题关键 平衡摩擦力既要平衡小车与长木板间的摩擦力 同时也要平衡纸带与打点计时器间的摩擦力 实验数据处理得到的图象要从实验原理出发明确图象的意义 规范解答 1 打点计时器要使用交流电源 选b 2 平衡摩擦力是把长木板右端垫高 让重力的分力与阻力相平衡 从而消除阻力对实验的影响 而纸带通过打点计时器的限位孔时 也会受到摩擦阻力 所以平衡摩擦力要在打点计时器打点的情况下进行 3 实验中 将小车所受的拉力大小看作mg 所以从打o点到打b点的过程中 拉力对小车做的功为mgx2 打b点的速度等于a c间的平均速度 即vb 4 根据图象可求出直线的斜率为4 69 所以v2随w变化的表达式为v2 4 69w 功是能量转化的量度 功与能的单位相同 功的单位是j n m kg m2 s2 动能的表达式中可能包含v2这个因子 v2的单位是m2 s2 比较功与v2的单位发现相差的是质量的单位 所以与图线斜率有关的物理量应是质量 5 小车运动过程中 对小车和重物整体分析有mg m m a 对小车有ft ma 解得小车受到的拉力为ft 小车受到的拉力与重物的重力成正比 小车受到的拉力做的功与小车速度的平方成正比 则重物重力做的功与小车速度的平方成正比 选a 答案 1 b 2 ab 3 mgx2 4 v2 4 69w质量 5 a 强化训练 2017 江苏高考 利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系 小车的质量为m 200 0g 钩码的质量为m 10 0g 打点计时器的电源为50hz的交流电 1 挂钩码前 为了消除摩擦力的影响 应调节木板右侧的高度 直至向左轻推小车观察到 2 挂上钩码 按实验要求打出的一条纸带如图乙所示 选择某一点为o 依次每隔4个计时点取一个计数点 用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x 记录在纸带上 计算打出各计数点时小车的速度v 其中打出计数点 1 时小车的速度v1 m s 3 将钩码的重力视为小车受到的拉力 g取9 80m s2 利用w mg x算出拉力对小车做的功w 利用ek mv2算出小车动能 并求出动能的变化量 ek 计算结果如表所示 请根据表中的数据 在方格纸上作出 ek w图象 4 实验结果表明 ek总是略小于w 某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的 用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力f 解析 1 挂钩码前 为了消除摩擦力的影响 应调节木板右侧的高度 直至向左轻推小车观察到小车做匀速直线运动 即纸带上的点迹间距均匀 2 v1 10 2m s 0 228m s 3 如图所示 4 对钩码有mg f ma a 10 2m s2 联立解得f 0 093n 答案 1 小车做匀速运动 2 0 228 3 见解析图 4 0 093 反思归纳 数据处理时的两点注意 1 数据计算要注意有效数字的保留 2 利用图象处理数据得出结论 只有图象为直线时可直接得出物理量间的关系 如果图象为曲线不能直接得出物理量间的关系 应该进一步进行分析讨论 热点三实验拓展与创新 典例3 2018 玉林模拟 某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理 导学号04450124 1 将气垫导轨调至水平 安装好实验器材 从图中读出两光电门中心之间的距离s cm 2 测量挡光条的宽度d 记录挡光条通过光电门1和2所用的时间 t1和 t2 并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力f 为了完成实验 还需要直接测量的一个物理量是 3 该实验是否需要满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 选填 是 或 否 创新方向分析 1 实验器材的变迁 利用气垫导轨替代长木板 实验中不必再平衡滑块的摩擦力 挡光条和光电门替代打点计时器和纸带 测量速度更准确 细绳和拉力传感器替代橡皮条测量拉力的功更方便 结果更准确 2 实验原理的变迁 实验研究滑块通过两光电门之间的过程中合外力做功与动能改变量的关系 研究对象为滑块 挡光条和拉力传感器整体 因用拉力传感器直接测细绳拉力大小 故不必满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 规范解答 1 光电门1处刻度尺读数为20 00cm 光电门2处刻度尺读数为70 00cm 故两光电门中心之间的距离s 70 00cm 20 00cm 50 00cm 2 由于光电门的宽度d很小 所以用很短时间内的平均速度代替瞬时速度 则滑块通过光电门1的速度为v1 滑块通过光电门2的速度为v2 由功能关系需要验证的关系式为fs 可见还需要测量出m 即滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 3 该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小 不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力 故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 答案 1 50 00 2 滑块 挡光条和拉力传感器的总质量m 3 否 强化训练 2018 郴州模拟 晨晨同学利用如图所示的装置探究动能定理 abc为在b点平滑连接的斜槽装置 ab倾斜 bc水平