高考物理一轮复习 实验五 探究动能定理课件.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 测出力对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 可用如图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 13 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 长木板 铁钉等 刻度尺 4 实验步骤 平衡摩擦力 1 按图s5 1所示将实验仪器安装好 同时 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 橡皮筋做实验 用同样的方法测出功和速度 记入表格 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 的一段测出两点间的距离 如纸带上a b 图s5 2 均匀 实验数据记录 建立上述表格 求出v2的值 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 成正比 即w 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 二次方 v2 考点1 基本实验原理与实验操作的考查 典题1 2017年陕西西安高新一中一模 某学习小组做探究 合力做功和物体速度变化关系 的实验如图s5 3所示 图中小车在一条橡皮筋作用下弹出 沿木板滑行 这时 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 使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由打点计时器所打的纸带测出 图s5 3 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 小车会受到摩擦阻力的作用 可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力 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 3 若木板水平放置 小车在两条橡皮筋的作用下运动 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c 小车在两个铁钉的连线处d 小车已过两个铁钉的连线 答案 1 交流 2 d 3 b 考点2 基本实验数据处理与误差分析 典题2 如图s5 4所示是某研究性学习小组做探究 橡皮筋做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 当我们把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 图s5 4 1 除了导线 开关及图s5 4中已给出的实验器材外 还需 要的器材有 2 平衡摩擦力后 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 3 下面是本实验的数据记录表 请将第2次 第3次 实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置 4 从理论上讲 橡皮筋做的功wn和物体速度vn变化的关系应是wn 请你根据表中测定的数据在如图s5 5所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性 图s5 5 解析 小车先加速后匀速 因为要测量小车最后获得的速度 也就是最后做匀速运动的速度 故需要用刻度尺测出纸带上点距均匀的间隔长度 然后除以时间间隔就是小车最后获得的速度 本实验的原理就是根据橡皮筋条数成倍增加 橡皮筋对小车做的功成倍增加 因为合力做的功等于小车获得的动能 故小车获得的动能一定成倍增加 小车获得速度的二次方一定 成倍增加 可作出w v2图象进行验证 答案 1 刻度尺 2 点距均匀 3 2w 3w4w 5w 4 如图d28所示 图d28 方法技巧 1 利用图象探究物理量间的关系时 首先确定 横 纵坐标轴对应的物理量及单位 2 根据表中数据确定横 纵坐标轴的标度 3 认真描出各坐标点 4 连线时要注意连线原则 偏离直线较远的点要舍去 本实验可从多个角度进行创新 比如可以利用验证牛顿第二定律的实验装置在平衡好摩擦力后 在满足重物的质量远小于小车的质量时将重物的重力作为对小车的拉力 此时可选小车作为研究对象 如果不能满足重物的质量远小于小车的质量 可将重物和小车整体作为研究对象 此时也可在小车与重物之间加上一个力传感器测出小车受到的合力 在测量小车的速度时 可用速度传感器或光电门进行测量 也可借助平抛运动的特点来测量 考向1 利用探究牛顿第二定律的实验装置探究合力做功 与动能变化的关系 典题3 2017年北京卷 如图s5 6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 图s5 6 1 打点计时器使用的电源是 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 a 把长木板右端垫高 b 改变小车的质量 在不挂重物且 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的点 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s5 7所示 图s5 7 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 利用实验数据作出如图s5 8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 图s5 8 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 下列各图中正确反映v2 w关系的是 a b c d 解析 1 打点计时器均使用交流电源 选b 2 平衡摩擦力和其他阻力 是通过垫高木板右端 构成斜面 使重力沿斜面向下的分力跟它们平衡 选a 平衡摩擦力时需要让打点计时器工作 纸带跟打点计时器限位孔间会有摩擦力 且可以通过纸带上打出的点迹判断小车的运动是否为匀速直线运动 选b 3 小车拖动纸带移动的距离等于重物下落的距离 又小车所受拉力约等于重物重力 因此w mgx2 小车做匀变速直线运动 因此打b点时小车的速度为打ac段的平均速度 即 迁移拓展 某实验小组的同学欲 探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系 在实验室设计了一套如图s5 9甲所示的装置 图中a为小车 b为打点计时器 c为弹簧测力计 p为小桶 内有砂子 一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置 不计绳与滑轮的摩擦 实验时 先接通电源再松开小车 打点计时器在纸带上打下一系列点 甲 乙 图s5 9 1 该同学在一条比较理想的纸带上 将点迹清楚的某点记为零点 顺次选取一系列点 分别测量这些点到零点之间的距 离x 计算出它们与零点的速度平方差弹簧测力计的读数为f 小车的质量为m 然后建立 v2 x坐标系 通过 描点法得到的图象是一条过原点的直线 如图乙所示 则这条直线的斜率的意义为 填写表达式 2 若测出小车质量为0 4kg 结合图象可求得小车所受合 外力的大小为 n 考向2 利用光电门探究合力做功与动能变化的关系 典题4 2017年四川宜宾高三二诊 某同学设计了如图s5 10甲所示的实验装置来验证 动能定理 一个电磁铁吸住一个小钢球 将电磁铁断电后 小钢球由静止开始向下加速运动 小钢球经过光电门