2021高考物理一轮复习 第5章 机械能 实验五：探究动能定理教案

1、2021高考物理一轮复习 第5章 机械能 实验五：探究动能定理教案2021高考物理一轮复习 第5章 机械能 实验五：探究动能定理教案年级：姓名：- 15 -实验五：探究动能定理, 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：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

2、应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的。3橡皮筋的选择：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。考点一教材原型实验实验原理与操作(2019甘肃凉州区期末)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w0。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_(选填“交流”或“直流”)电源。(2)实验中，

3、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，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(根据如图所示的纸带回答)。解析：(1)打点计时器使用的是交流电源。(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖

4、着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，d正确。(3)水平放置木板，放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，b正确。 (4)从纸带上看，纸带的gj段打点比较均匀，所以应选用纸带的gj段进行测量。答案：(1)交流(2)d(3)b(4)gj变式1(2020安徽合肥质检)为了探究力对初速度为零的物体做功与物体获得速度的关系，某实验小组采用如图甲所示的装置进行实验。(1)实验小组按正确的操作，将木板一端倾斜来平衡摩擦力，打出三条纸带，其中符合实验要求的是(选填纸带的字母编号)_。(2)下列关于橡皮筋及其做功的说法正确的是_。a橡皮筋做功的值

5、不需要测量b增加规格相同的橡皮筋条数，使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加c在小车运动的过程中，橡皮筋一直对其做功d将橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍，橡皮筋做的功增加了两倍(3)在操作正确的前提下，其中打出的一条纸带如图乙所示，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量。(4)在某次实验中，实验小组误将木板水平放置，小车在橡皮筋作用下由静止开始运动，当小车运动到某一位置橡皮筋恰好处于原长状态，下列说法正确的是()a此时小车速度最大b此时小车加速度最大c此后小车开始做匀速直线运动d当小车速度最大时，橡皮筋一定处于拉伸状态解析：(1)纸带b的点迹均匀，说明小车匀速运动，平衡摩擦力，则符合实验要求

6、的是纸带b；(2)实验中橡皮筋做功的值不需要测量，选项a正确；增加规格相同的橡皮筋条数，使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加，选项b正确；在小车运动的过程中，橡皮筋只是刚开始时对小车做功，橡皮筋恢复原长后就不再做功，选项c错误，橡皮筋的长度拉伸为原来的两倍，橡皮筋的伸长量不一定增大两倍，弹力也增大，但不一定是增大两倍，故橡皮筋做的功不一定增加两倍，选项d错误；(3)测量小车的速度时应该用纸带上点迹均匀的部分测量，即hi，hk或ik均可；(4)由于木板水平放置，可知小车与木板间有摩擦力，则当小车速度最大时，弹力等于摩擦力，此时橡皮筋一定处于拉伸状态，选项d正确。答案：(1)b(2)ab(3)hi，h

7、k或ik均可(4)d(2019江苏卷10)某兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理。(1)有两种工作频率均为50 hz的打点计时器供实验选用：a电磁打点计时器b电火花打点计时器为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择_(选填“a”或“b”)。(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔。实验中，为消除摩擦力的影响，在砝码盘中慢慢加入沙子，直到小车开始运动。同学甲认为此时摩擦力的影响已得到消除。同学乙认为还应从盘中取出适量沙子，直至轻推小车观察到小车做匀速运动。看法正确的同学是_(选填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影响后，在砝码盘中加入砝码。接通打点计时器电源，松开小

8、车，小车运动。纸带被打出一系列点，其中的一段如图所示。图中纸带按实际尺寸画出，纸带上a点的速度va_m/s。(4)测出小车的质量为m，再测出纸带上起点到a点的距离为l。小车动能的变化量可用ekmv算出。砝码盘中砝码的质量为m，重力加速度为g。实验中，小车的质量应_(选填“远大于”“远小于”或“接近”)砝码、砝码盘和沙子的总质量，小车所受合力做的功可用wmgl算出。多次测量，若w与ek均基本相等则验证了动能定理。解析：(1)电火花打点计时器对纸带的阻力小于电磁打点计时器对纸带的阻力，实验时误差小，故选b。(2)在砝码盘中慢慢加入沙子直至小车开始运动，小车从静止开始做加速运动，此时砝码盘和沙子的总

9、重力大于小车与长木板间的滑动摩擦力，平衡摩擦力过度；轻推小车，小车做匀速运动，根据平衡条件可知，此时砝码盘和沙子的总重力等于小车与长木板间的滑动摩擦力大小，消除了摩擦力的影响，看法正确的是同学乙。(3)在匀变速直线运动中，中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。用刻度尺量出a左侧第一个点与a右侧第一个点之间的距离l1.24 cm，再除以0.02 s20.04 s，可得va0.31 m/s。(4)本实验中砝码的重力应该是小车所受的合外力。只有当小车的质量远大于砝码盘、砝码以及沙子的总质量时，才可以将砝码的重力当成小车受到的合外力。答案：(1)b(2)乙(3)0.31(0.300.33都算对)

10、(4)远大于变式2利用如图甲所示的实验装置探究合力做功与动能变化的关系。(1)为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，需要平衡阻力。关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是_。(2)甲组同学正确平衡了阻力，选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量m，取砝码和盘所受的总重力值作为绳子的拉力值，按正确操作得到如图乙所示的一条纸带。在纸带上选取三个连续计时点a、b、c，测得它们到静止释放的起始点o的距离分别为xa、xb、xc，打点计时器的工作周期为t，已知当地重力加速度为g，从o到b的运动过程中，拉力对小车做功w_，小车动能变化量ek_。解析：(1)依据平衡阻力的原理：依靠重力的分力来平衡，同时阻

11、力包含纸带与打点计时器直接的摩擦，故操作为：需要挂上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高，故c正确，a、b、d错误。(2)选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量m，所以拉力ftmg，从o到b的运动过程中，拉力对小车做功wfxmgxb；运动到b点速度vb，小车动能变化量ekmv0。答案：(1)c(2)mgxb数据处理与分析(2017北京理综21)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。(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

12、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

13、)以v2为纵坐标，w为横坐标，利用实验数据作出如图丙所示的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_。解析：(1)打点计时器使用交变电流，故应选用交流电源。(2)平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右端，使小车的重力的分力与摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到平衡要求。(3)由做功公式知：wm

14、gx2；利用匀变速直线运动中间时刻的速度等于本段时间内的平均速度知，b点速度等于ac段的平均速度，vb。(4)根据图线，关系式写为v2kwb，在直线上取两点，如(1.4102，0.07)(8102,0.38)，代入上式，解得k4.7，b0.004，在作图误差允许的范围内，表达式可写为v24.7w。把功的单位用基本单位表示，1 j1 nm1 kgm2s2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为kg1，故与图线斜率有关的物理量应是质量。(5)若重物质量m不满足远小于小车质量m，则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力，由mg(mm)a和fma知fmg，由动能定理得：mv2fx，v2xx，而wmgx，则

15、实际v2 w图线的斜率k，重物质量m与小车质量m不变，速度虽然增大，但斜率不变，选项a正确。答案：(1)b(2)ab(3)mgx2(4)v24.7w(4.5w5.0w均认为正确)质量(5)a变式3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，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行。打点计时器工作频率为50 hz。(1)(多选)实验中木板略微倾斜，这样做_。(填选项字母)a是为了使释放小车后，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(2)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条并起挂在小车的前端进行多次实验，每

16、次都要把小车拉到同一位置再释放小车。把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为w1，第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2w1，；橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出，根据第四次的纸带(如图乙所示)求得小车获得的速度为_m/s。(3)(多选)若根据多次测量数据画出的w v草图如图丙所示，根据图线形状，可知对w与v的关系做出的猜想肯定不正确的是_。(填选项字母)aw b.wcwv2 d.wv3解析：(1)小车下滑时受到重力、橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，则应该用重力的下滑分量平衡摩擦力，使得橡皮筋做的功等于合外力对小车做的功；小车在橡皮筋的

17、作用下做加速运动，橡皮筋做功完毕，则速度达到最大，此后做匀速运动。(2)在加速过程中，橡皮筋在做正功，故需要测量最大速度，即匀速运动的速度，因而需要选用间隔均匀的点，即后面距离为4.00 cm的点，打点计时器每隔0.02 s打一次点，故最大速度为2.00 m/s。(3)根据图象结合数学知识可知，该图象形式和yxn(n2,3,4)的形式相同，故a、b项错误，c、d项正确。答案：(1)cd(2)2.00(3)ab考点二实验的改进与创新实验装置的改进与创新(2019四川广元三模)用如图甲所示装置来探究功和动能变化的关系。木板上固定两个完全相同的遮光条a、b，用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测

18、力计c相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道d上，轨道放在水平桌面上，p为小桶(内有砂子)，滑轮质量、摩擦不计，重力加速度为g。(1)实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是_。a使木板释放后，木板能匀加速下滑b增大木板下滑的加速度c使得细线拉力做的功等于合力对木板做的功d使得木板在未施加拉力时能匀速下滑(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图乙所示，则遮光条的宽度d_cm。(3)实验主要步骤如下：测量木板、遮光条的总质量m，两遮光条间的距离l，按甲图正确连接器材。将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示数f及遮光条b、a先后经过光电门的时间t1、t2

19、，则遮光条b、a通过光电门的过程中木板动能的变化量ek_；合外力对木板做的功w_。(用字母m、t1、t2、d、l、f表示)在小桶中增加砂子，重复的操作。比较w、ek的大小，得出实验结论。(4)若在本实验中轨道水平放置，其他条件和实验步骤不变，假设木板与轨道之间的动摩擦因数为，测得多组f、t1、t2的数据，并得到f与的关系图象如图丙所示，已知图象在纵轴上的截距为b，直线的斜率为k，则_(用字母b、d、l、k、g表示)。解析：(1)轨道略微倾斜的目的是平衡摩擦力，这样在未施加拉力时木板就能做匀速直线运动，木板连上细线后，细线的拉力等于木板受到的合力，细线的拉力对木板做的功等于合力对木板做的功，故c

20、、d项正确。(2)游标卡尺主尺的读数为1 mm，游标尺上的第14个刻度与主尺上的刻度对齐，所以游标尺的读数为0.0514 mm0.70 mm，总读数为1 mm0.70 mm1.70 mm0.170 cm。(3)遮光条b通过光电门时的速度vb，遮光条a通过光电门时的速度va，则ekmvmv。光滑的滑轮两端的细线拉力处处相等，弹簧测力计的示数f是细线的拉力大小，也是木板所受的合外力大小，故wfl。(4)当轨道水平放置时，对木板，由动能定理得(fmg)l，解得fmg，结合f与的关系图象可知斜率k，纵截距bmg，联立解得。答案：(1)cd(2)0.170(3)fl(4)变式4某同学设计了如图甲所示的实

21、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，计时装置记录小钢球通过光电门1和光电门2的挡光时间分别为t1和t2，用刻度尺测得两光电门中心之间的距离为h，已知当地重力加速度为g。(1)该同学用游标卡尺测量了小钢球的直径，结果如图乙所示，小钢球的直径d_cm。(2)小钢球通过光电门1时的速度大小v1_。(3)若上述测量的物理量满足关系式_，则动能定理得以验证。(2)、(3)问用所测物理量的字母表示解析：(1)根据图乙游标卡尺的读数可得，小钢球的直径为5 mm0.05 mm45.20 mm0.520 cm。(2)小钢球通过光电门1时

22、的速度大小v1。(3)若测量的物理量满足关系式m2m2mgh，即222gh，则动能定理得以验证。答案：(1)0.520(2)(3)222gh实验方案的创新为了“探究动能改变与合外力做功的关系”，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为m的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图甲所示。第二步：如图乙所示，保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加

23、速运动，打出的纸带如图丙所示。请回答下列问题：请回答下列问题：(1)已知打下各相邻计数点间的时间间隔为t，则打点计时器打b点时滑块运动的速度vb_。(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程中滑块_(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式w合_。(3)算出打下a、b、c、d、e点时合外力对滑块所做的功w以及滑块的速度v，以v2为纵轴、w为横轴建立直角坐标系，描点作出v2 w图象，可知该图象是一条_，根据图象还可求得_。解析：(1)由打出的纸带可知b点的速度vb。(2)设长木板的倾角为，滑块与长木板间摩擦力为ff，当滑块向下匀速运动时，有