高考物理一轮总复习 第五章 机械能及其守恒定律 第2节（课时4）动能定理及应用实验探究：探究动能定理课件 鲁科版.ppt

实验探究 探究动能定理 1 基础知识 2 典例剖析 3 跟踪训练 4 真题演练 第二章相互作用 一 基础知识 1 基础知识 课件 探究功与物体速度变化关系的方法 误差分析 1 误差的主要来源是橡皮筋的长度 粗细不一 使橡皮筋的拉力做功w与橡皮筋的条数不成正比 2 未完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差 3 利用打上点的纸带计算小车的速度时 测量不准带来误差 注意事项 1 平衡摩擦力 将木板一端垫高 使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡 方法是轻推小车 由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动 找到木板一个合适的倾角 2 选点测速 测小车速度时 纸带上的点应选均匀部分的 也就是选小车做匀速运动状态的 3 规格相同 橡皮筋规格相同时 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 二 典例剖析 2 典例剖析 例1 探究功与速度变化的关系 的实验装置如图所示 当小车在一条橡皮筋作用下弹出时 橡皮筋对小车做的功记为w 当用2条 3条 4条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 第4次 实验时 橡皮筋对小车做的功记为2w 3w 4w 每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出 打点计时器必须用交流电 实验必须平衡摩擦力 每次实验小车必须从同一位置由静止弹出 1 关于该实验 下列说法正确的是 a 打点计时器可以用干电池供电b 实验仪器安装时 可以不平衡摩擦力c 每次实验小车必须从同一位置由静止弹出d 利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功w 依次作出w vm w vm2 w vm3 w2 vm w3 vm 的图象 得出合力做功与物体速度变化的关系 2 如下图示 给出了某次实验打出的纸带 从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带 测得a b c d e相邻两点间的距离分别为ab 1 48cm bc 1 60cm cd 1 62cm de 1 62cm 已知相邻两点打点时间间隔为0 02s 则小车获得的最大速度vm m s 结果保留两位有效数字 转解析 求小车最大速度 选用哪段纸带运算合适 0 81 热点一实验原理与实验操作 转原题 变式训练1 某学习小组做 探究功与速度变化的关系 的实验如图所示 图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的 沿木板滑行 橡皮筋对小车做的功记为w 当用2条 3条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验时 每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致 每次实验中小车获得的速度根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算 1 除了图中已有的实验器材外 还需要导线 开关 刻度尺和 填 交流 或 直流 电源 2 实验中 小车会受到摩擦力的作用 可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力 则下面操作正确的是 a 放开小车 能够自由下滑即可b 放开小车 能够匀速下滑即可c 放开拖着纸带的小车 能够自由下滑即可d 放开拖着纸带的小车 能够匀速下滑即可 交流 d 3 若木板水平放置 小车在两条橡皮筋作用下运动 当小车速度最大时 关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置 下列说法正确的是 a 橡皮筋处于原长状态b 橡皮筋仍处于伸长状态 4 在正确操作的情况下 打在纸带上的点并不都是均匀的 为了测量小车获得的速度 应选用纸带的 部分进行测量 根据如图4所示的纸带回答 b gj 本题详细解析见教辅 例2 如图所示 是某研究性学习小组做探究 橡皮筋做的功和物体速度变化的关系 的实验 图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出 沿木板滑行的情形 这时 橡皮筋对小车做的功记为w 当我们用2条 3条 完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次 第3次 实验时 每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放 小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出 下图为某次实验中打出的纸带 1 除了图中已给出的实验器材及导线 开关 交流电源外 还需要的器材有 刻度尺 解析显隐 热点二实验数据处理及误差分析 解析 1 要计算某点速度的大小 必须要测量纸带上计数点间的距离 除了题图中已给出的实验器材和电源外 还需要的器材是刻度尺 2 实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动 应采取的措施是 把木板有打点计时器的一端垫起适当高度以平衡摩擦力 解析显隐 解析 2 实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动 应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力 3 小车最终做匀速运动 此时 纸带上的点的间隔均匀 因此应选纸带上点距均匀的部分进行测量 3 每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的 为了测量小车获得的速度 应选用纸带的 部分进行测量 点距均匀 4 下面是本实验的数据记录表及数据处理表 从理论上讲 橡皮筋做的功wn与物体获得的速度vn之间的关系是wn 请你运用表中的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图象 以验证理论的正确性 解析 4 根据动能定理可知 从理论上讲 橡皮筋做的功wn与物体获得的速度vn之间的关系是wn vn2 以wn为纵坐标 以v为横坐标 用描点作图法作图 图象是过原点的直线 说明wn vn2 坐标系中的绘图见下页 解析显隐 vn2 5 若在实验中你作出的图线与理论的推测不完全一致 你处理这种情况的做法是 分析误差来源 改进实验方案或改进测量手段 重新进行实验 审题导析 4 用纵坐标表示速度的平方 横坐标表示功 利用描点法描出各组数据对应的点 然后连线作出vn2 wn图象 如图所示 1 不平衡摩擦力因而没有消除摩擦力对小车做功的影响 2 不会选取纸带上间距大且均匀的点计算小车速度 3 不清楚实验原理及数据处理技巧 认为必须测出橡皮筋具体做功的值才能验证 4 没有保证所选橡皮筋完全一样且每次拉伸长度一样 5 不会根据所作w v图线转化为w v2图线 进而得出结论 变式训练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 他的操作步骤如下 1 按如图所示安装好实验装置 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 如图所示 把打下的第一个点记作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 他把钩码的重力 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个点合力做功w j 结果保留三位有效数字 重力加速度g取10m s2 打第5个点时小车的动能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 0 180 mf2 d6 d4 2 200 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顺序有误 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 ab 本题详细解析见教辅 1实验器材及装置的改进 2 数据测量的改进 3 实验方案的改进利用自由落体运动探究功和动能的关系 例3 某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理 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x 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的总质量远小于滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 填 是 或 否 50 00 滑块 挡光条和拉力传感器的总质量m 否 转解析 解析 1 两光电门中心之间的距离x 70 30cm 20 30cm 50 00cm 2 由于该实验验证的是动能定理 故还需要知道滑块 挡光条和拉力传感器的总质量 3 由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到 故不需要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 答案 1 50 00 2 滑块 挡光条和拉力传感器的总质量m 3 否 转原题 变式训练3 2016 河南三门峡模拟 某学习小组在 探究功与速度变化关系 的实验中采用了如图所示的实验装置 3 逐根增加橡皮条 记录每次遮光条经过光电门的时间 并计算出对应的速度 则画出的w v2图象应是 1 将气垫导轨接通气泵 通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平 检查是否调平的方法是 2 如图所示 游标卡尺测得遮光条的宽度 d cm 实验时 将橡皮条挂在滑块的挂钩上 向后拉伸一定的距离 并做好标记 以保证每次拉伸的距离恒定 现测得挂一根橡皮条时 滑块弹离橡皮条后 经过光电门的时间为 t 则滑块最后匀速运动的速度表达式为 用字母表示 将滑块轻置于气垫导轨之上 看其是否滑动 0 550 d t 过坐标原点的一条倾斜直线 本题详细解析见教辅 三 跟踪训练 3 跟踪训练 跟踪训练 某同学为探究 恒力做功与物体动能改变的关系 设计了如下实验 他的操作步骤是 a 连接好实验装置如图所示 b 将质量为200g的小车拉到打点计时器附近 并按住小车 c 在质量为10g 30g 50g的三种钩码中 他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩p上 释放小车 打开打点计时器的电源 打出一条纸带 1 在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条 经测量 计算 得到如下数据 第一个点到第n个点的距离为40 0cm 打下第n点时小车的速度大小为1 00m s 该同学将钩码的重力当作小车所受的拉力 拉力对小车做的功为 j 小车动能的增量为 j 0 196 0 100 2 此次实验探究结果 他没能得到 恒力对物体做的功等于物体动能的增量 且误差很大 显然 在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素 请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下 造成较大误差的主要原因有 至少写出两条原因 小车质量没有远大于钩码质量 没有平衡摩擦力 操作错误 先放小车后开电源 解析 显隐 跟踪训练 在 探究动能定理 的实验中 我们用1条 2条 3条 同样的橡皮筋进行1次 2次 3次 实验 实验中 如果橡皮筋拉伸的长度都相等 那么每次橡皮筋对小车做的功可记作w 2w 3w 对每次打出的纸带进行处理 求出小车每次最后匀速运动时的速度v 记录数据如下 1 据以上数据 在图中的坐标纸上作出w v2图象 2 根据图象可以做出判断 力对小车所做的功与 速度平方成正比 解析显隐 答案 1 w v2图象如图 2 速度平方成正比 不需要 解析 1 合外力做功w与l的大小成正比 只要保证木板的倾角一定即可 没有必要测出木板与水平面的夹角 解析显隐 不会 不合适 由曲线不能直接确定函数关系 应进一步绘制l v2图象 解析 2 不合适 l v曲线不能准确反映出l与v的函数关系 所以应该进一步画出l v2图象作出较准确地分析和判断 3 w与物块发生的位移l成正比 摩擦力的大小不会影响得出w v2的探究结果 解析显隐 四 真题演练 4 真题演练 真题 2014 广东卷 34 2 某同学根据机械能守恒定律 设计实验探究弹簧的弹性势能与压缩量的关系 如图11 a 将轻质弹簧下端固定于铁架台 在上端的托盘中依次增加砝码 测量相应的弹簧长度 部分数据如下表 由数据算得劲度系数k n m g取9 80m s2 取下弹簧 将其一端固定于气垫导轨左侧 如图 b 所示 调整导轨使滑块自由滑动时 通过两个光电门的速度大小 用滑块压缩弹簧 记录弹簧的压缩量x 释放滑块 记录滑块脱离弹簧后的速度v 释放滑块过程中 弹簧的弹性势能转化为 重复 中的操作 得到v与x的关系如图 c 由图可知 v与x成 关系 由上述实验可得结论 对同一根弹簧 弹性势能与弹簧的 成正比 转解析 50 相等 滑块的动能 正比 压缩量的平方 转原题 真题 2013 全国新课标 22 某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究 一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上 弹簧左端固定 右端与一小球接触而不固连 弹簧处于原长时 小球恰好在桌面边缘 如图所示 向左推小球 使弹簧压缩一段距离后由静止释放 小球离开桌面后落到水平地面 通过测量和计算 可求得弹簧被压缩后的弹性势能 回答下列问题 1 本实验中可认为 弹簧被压缩后的弹性势能ep与小球抛出时的动能ek相等 已知重力加速度大小为g 为求得ek 至少需要测量下列物理量中的 填正确答案标号