高考物理大一轮复习 第五章 第5讲 实验五 探究动能定理课件.ppt

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 实验原理 1 不是直接测量对小车做的功 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图线 分析这条图线 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 实验器材 小车 前面带小钩 100 200g的砝码 长木板 两侧适当的对称位置钉两个铁钉 打点计时器 纸带 学生电源 使用电火花计时器不用学生电源 导线 5 6条等长的橡皮筋 刻度尺 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 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 用字母表示 a1 a2间的距离x 小车速度的表达式是 用测量的物理量表示 v t为打点计时器的打点时间间隔 2 实验数据记录 3 实验数据处理及分析 在坐标纸上画出w v和w v2图线 w 以一根橡皮筋做的功为单位 4 实验结论 从图象可知功与物体速度变化的关系w v2 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 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 a 通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值b 通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值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 1 多选 在用图所示的装置做 探究动能定理 的实验时 下列说法正确的是 答案ac实验采用通过增加橡皮筋的条数 使橡皮筋对小车做的功成倍增加 故a正确 b错误 小车的最大速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕后的速度 故c正确 d错误 2 对于橡皮筋做的功来说 直接测量是有困难的 我们可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决 只需要测出每次实验时橡皮筋对小车做的功是第一次实验时的多少倍 使用的方法是 a 用同样的力对小车做功 让小车通过的距离依次为x 2x 3x 进行第1次 第2次 第3次 实验时 力对小车做的功就是w 2w 3w b 让小车通过相同的距离 第1次力为f 第2次力为2f 第3次力为3f 实验时 力对小车做的功就是w 2w 3w c 选用同样的橡皮筋 在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致 当用1条 2条 3条 同样的橡皮筋进行第1次 第2次 第3次 实验时 橡皮筋对小车做的功就是w 2w 3w d 利用弹簧测力计测量对小车的拉力f 利用直尺测量小车在力作用下移动的位移x 便可以求出每次实验中力对小车做的功 可控制为w 2w 3w 答案c实际操作为第1次用一条橡皮筋 以后各次分别用2条 3条 相同的橡皮筋 且每次拉到同样的长度 即能得到w 2w 3w 3 某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中 设计了如图甲所示的实验 将重物固定在纸带上 让纸带穿过打点计时器 先用手提着纸带 使重物静止在靠近计时器的地方 然后接通电源 松开纸带 让重物自由下落 计时器就在纸带上打下一系列小点 得到的纸带如图乙所示 o点为计时器打下的第1个点 该同学对数据进行了下列处理 取oa ab bc 并根据纸带算出了a b c三点的速度分别为va 0 12m s vb 0 17m s vc 0 21m s 根据以上数据你能否大致判断w v2 甲 乙 由计算可知 1 44 10 2m2 s2 2 89 10 2m2 s2 4 41 10 2m2 s2 2 3 即 2 3 由以上数据可判定w v2是正确的 也可以根据w v2的曲线来判断 如图所示 答案见解析解析设由o到a的过程中 重力对重物所做的功为w 那么由o到b过程中 重力对重物所做的功为2w 由o到c的过程中 重力对重物所做的功为3w 4 在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材 a 电磁打点计时器 b 天平 c 停表 d 低压交流电源 e 电池 f 纸带 g 细线 砝码 小车 砝码盘 h 薄木板 1 其中多余的器材是 缺少的器材是 2 测量时间的工具是 测量质量的工具是 3 图是打点计时器打出的小车 质量为m 在恒力f作用下做匀加速直线运动的纸带 测量数据已用字母表示在图中 打点计时器的打点周期为t 请分析 利用这些数据能否验证动能定理 若不能 请说明理由 若能 请说出做法 并对这种做法做出评价 答案 1 c e毫米刻度尺 2 电磁打点计时器天平 3 见解析解析 1 计算小车速度是利用打上点的纸带 故不需要停表 电磁打点计时器应使用低压交流电源 故多余的器材是c e 测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺 故缺少的器材是毫米刻度尺 2 测量时间的工具是电磁打点计时器 测量质量的工具是天平 3 能 从a到b的过程中 恒力做的功为wab fxab 物体动能的变化量为ekb eka m m m 2 m 2 m只要验证fxab m即可 优点 a b两点的距离较远 测量时的相对误差较小 缺点 只进行了一次测量验证 说服力不强 一 对实验原理的理解 典例1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所示的装置 另外他们还找到了学生电源 导线 复写纸 纸带 滑块 细沙 当滑块连接上纸带 用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时 释放小桶 滑块处于静止状态 若你是小组中的一位成员 要完成该项实验 则 1 你认为还需要的实验器材有 2 实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等 沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是 实验时 首先要做的步骤是 3 在 2 的基础上 某同学用天平称量滑块的质量m 往沙桶中装入适量的细沙 用天平称出此时沙和沙桶的总质量m 让沙桶带动滑块加速运动 用打点计时器记录其运动情况 在打点计时器打出的纸带上取两点 测出这两点的间距l和这两点的速度大小v1与v2 v1 v2 则本实验最终要验证的数学表达式为 用题中的字母表示实验中测量得到的物理量 可见只有m m时 f才基本等于mg 3 对滑块来说 合外力做的功w mgl此过程中动能的增加量 ek m m故最终要验证的 动能定理 表达式为 mgl m m 答案 1 天平 刻度尺 2 沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力 3 mgl m m 解析 1 测量滑块的质量及沙和沙桶的总质量必须用到天平 而对纸带进行数据处理要用到刻度尺 2 平衡摩擦力以后 由牛顿第二定律可求出 滑块受到的合力f 二 实验数据的处理典例2某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究 动能定理 如图 他们将拉力传感器固定在小车上 用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连 用拉力传感器记录小车受到拉力的大小 在水平桌面上相距50 0cm的a b两点各安装一个速度传感器 记录小车通过a b时的速度大小 小车中可以放置砝码 1 实验主要步骤如下 测量和拉力传感器的总质量m1 把细线的一端固定在拉力传感器上 另一端通过定滑轮与钩码相连 正确连接所需电路 将小车停在c点 小车在细线拉动下运动 记录细线拉力及小车通过a b时的速度 在小车中增加砝码 或 重复 的操作 2 表1是他们测得的一组数据 其中m是m1与小车中砝码质量之和 是两个速度传感器记录速度的平方差 可