高考物理一轮复习 第六章 机械能及其守恒定律 第5讲 实验五 探究动能定理课件.ppt

第5讲实验五 探究动能定理 一 实验目的1 通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系 2 通过实验数据分析 总结出做功与物体速度平方的正比关系 二 实验原理1 不是直接测量橡皮筋对小车做的功 而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做的功w 2w 3w 2 由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出 也可以用其他方法测出 这样 进行若干次测量 就得到若干组功和速度的数据 3 以橡皮筋对小车做的功为纵坐标 小车获得的速度为横坐标 作出w v或w v2曲线 分析曲线 可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系 三 实验器材小车 前面带小钩 100 200g砝码 长木板 两侧适当的对称位置钉两个铁钉 打点计时器及纸带 学生电源及导线 使用电火花计时器时不用学生电源 5 6条相同的橡皮筋 刻度尺 四 实验步骤1 按如图所示将实验仪器安装好 同时平衡摩擦力 2 先用一条橡皮筋做实验 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 五 数据处理1 测量小车的速度 实验获得如图所示的纸带 为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系 需要测量弹力做功结束时小车的速度 即小车做匀速运动的速度 应在纸带上测量的物理量是 a1 a2 或a2 a3 间的距离x 小车速度的表达式是 t为打点计时器的时间间隔 2 我们可根据实验测得的数据 分别作出w v曲线 w v2曲线 w v3曲线 哪一种图象更接近于过原点的倾斜直线 功与速度之间就是哪一种正比关系 六 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 没有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 利用纸带计算小车的速度时 测量不准带来误差 七 注意事项1 平衡摩擦力很关键 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 从而找到木板一个合适的倾角 2 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时打出的点 3 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 小车质量应大一些 使纸带上打的点多一些 八 实验创新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 考点二 考点三 考点一 考点一实验原理与实验操作典例1某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上 将细绳一端拴在小车上 另一端绕过定滑轮 挂上适当的钩码 使小车在钩码的牵引下运动 以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系 此外还准备了打点计时器及配套的电源 导线 复写纸 纸带 小木块等 组装的实验装置如图所示 1 若要完成该实验 必需的实验器材还有哪些 2 实验开始时 他先调节木板上定滑轮的高度 使牵引小车的细绳与木板平行 他这样做的目的是下列的哪个 填字母代号 a 避免小车在运动过程中发生抖动b 可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰c 可以保证小车最终能够实现匀速直线运动d 可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 考点二 考点三 考点一 3 平衡摩擦力后 当他用多个钩码牵引小车时 发现小车运动过快 致使打出的纸带上点数较少 难以选到合适的点计算小车速度 在保证所挂钩码数目不变的条件下 请你利用本实验的器材提出一个解决办法 他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功 经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些 这一情况可能是下列哪些原因造成的 填字母代号 a 在接通电源的同时释放了小车b 小车释放时离打点计时器太近c 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉d 钩码做匀加速运动 钩码重力大于细绳拉力 考点二 考点三 考点一 4 他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功 经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些 这一情况可能是下列哪些原因造成的 填字母代号 a 在接通电源的同时释放了小车b 小车释放时离打点计时器太近c 阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉d 钩码做匀加速运动 钩码重力大于细绳拉力 考点二 考点三 考点一 解题思路 1 实验要处理纸带测速度 需要刻度尺 要分析动能的变化 必须要测出小车的质量 因此还需要天平 2 实验中调节定滑轮高度 使细绳与木板平行 可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力 如果不平行 细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力 改变了摩擦力就不能使细绳拉力等于小车所受的合力 d项正确 3 在所挂钩码个数不变的情况下 要减小小车运动的加速度 可以增大小车的质量 即可在小车上加适量的砝码 或钩码 4 如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功 发现拉力做的功总比小车动能的增量大 原因可能是阻力未被完全平衡掉 因此拉力做功一部分用来增大小车动能 一部分用来克服阻力做功 也可能是小车做加速运动 因此细绳的拉力小于钩码的重力 钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功 即大于小车动能的增量 c d项正确 参考答案 1 刻度尺 天平 2 d 3 可在小车上加适量的砝码 或钩码 4 cd 考点二 考点三 考点一 名师点睛 不管是用橡皮筋拉着小车动还是重物拉着小车动 要使橡皮筋对小车的拉力或重物对小车的拉力为小车受到的合力都需要平衡摩擦力 平衡摩擦力后一般认为小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡 即mgsin mgcos 因此改变小车质量后不需要重新平衡摩擦力 考点二 考点三 考点一 多选 用如图所示的装置做 探究动能定理 的实验时 下列说法正确的是 ac a 为了平衡摩擦力 实验中可以将长木板的左端适当垫高 使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动b 实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源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加速过程中获得的平均速度 考点二 考点三 考点一 解析 当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时 沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力 即在实验中可消除摩擦力的影响 a项正确 使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车 b项错误 橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加 此动能应为小车获得的最大动能 所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度 c项正确 d项错误 考点二 考点三 考点一 考点二数据处理与误差分析典例2 2016 广东陆丰甲子中学月考 如图所示 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 实验中小车每次获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出 考点二 考点三 考点一 1 除了图中已给出的实验器材外 还需要的器材有 2 平衡摩擦后 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 考点二 考点三 考点一 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所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 名师点睛 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 然后根据表中数据确定横 纵坐标轴的标度 认真描写各坐标点 最后连线时要注意连线原则 一定要用平滑的直线连接 偏离直线较远的点要舍去 考点二 考点三 考点一 2015 大连期末检测 某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究有关做功的问题 考点二 考点三 考点一 1 如图甲所示 在保持m 7m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 在控制小车质量不变的情况下进行实验 在实验中 该同学先接通打点计时器的电源 再放开纸带 已知交流电的频率为50hz 图乙是在m 100g m 1kg情况下打出的一条纸带 o为起点 a b c为过程中3个相邻的计数点 相邻的计数点之间有4个点没有标出 有关数据如图乙所示 则打b点时小车的动能ek 0 50j 从开始运动到打b点时 绳的拉力对小车做的功w 0 51j 保留2位有效数字 g取9 8m s2 2 在第 1 问中 绳的拉力对小车做的功w大于小车获得的动能ek 请你举出导致这一结果的主要原因 摩擦没有完全抵消 沙和沙桶的重力大于绳的拉力 写出一种即可 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 在此步骤中 目的是要确定物理量 用m d g表示为 考点二 考点三 考点一 2 接着进行如图乙所示的实验 将这根弹簧水平放在桌面上 一端固定 另一端被小球压缩 测得压缩量为x 释放弹簧后 小球被推出去 从高为h的水平桌面上抛出 小球在空中运动的水平距离为l 小球的初动能ek1 小球离开桌面的动能ek2 弹簧对小球做的功w 用m x d g表示 对比w和ek2 ek1就可以得出外力做功与物体动能变化的关系 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 名师点睛 此类创新实验的解题心得 不管实验如何创新 都要从实验原理出发理解实验的设计 就是怎么测出物体受到的合力 物体的位移 计算出合力对物体做的功 怎么测出小车的速度 测出小车的质量 计算出小车的动能 然后比较合力做功与动能改变的关系在误差允许的范围内是否相等 考点二 考点三 考点一 2015 山东枣庄八中模拟 某探究学习小组的同学欲验证 动能定理 他们在实验室组装了一套如图1所示的装置 水平轨道上安装两个光电门 小车上固定有力传感器和挡光板 细线一端与力传感器连接 另一端跨过定滑轮挂上砝码盘 实验时 保持轨道和细线水平 通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动实现平衡摩擦力 考点二 考点三 考点一 考点二 考点三 考点一 1 在 探究动能定理 的实验中 关于橡皮筋做的功 下列说法中正确的是 b a 橡皮筋做的功可以直接测量b 通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加c 橡皮筋在小车运动的全过程中始终做功d 把橡皮筋拉伸为原来的两倍 橡皮筋做功增加为原来的两倍 2 在 探