必修2：5.实验五探究动能定理【2015《物理复习方略》一轮复习课件沪科版】

1、实 验 五探究动能定理实验目的和器材实验目的和器材实验目的实验目的1.1.通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。2.2.通过实验数据分析通过实验数据分析, ,总结出外力做功与物体速度总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。平方的正比关系。实验器材实验器材小车小车( (前面带小钩前面带小钩) )、长木板、长木板( (两侧适当的对称位置两侧适当的对称位置钉两个铁钉钉两个铁钉) )、打点计时器及纸带、学生电源及导、打点计时器及纸带、学生电源及导线线( (若使用电火花计时器则不用学生电源若使用电火花计时器则不用学生电源) )、5 5、6 6条等长的橡皮筋、

2、毫米刻度尺。条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。实验原理实验原理1.1.改变功的大小：采用如图所示的实验装置改变功的大小：采用如图所示的实验装置, ,用用1 1条、条、2 2条、条、3 3条条规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放, ,橡皮筋拉力对橡皮筋拉力对小车所做的功依次为小车所做的功依次为W W、2W2W、3W3W2.2.确定速度的大小：小车获得的速度确定速度的大小：小车获得的速度v v可以由纸带和打点计时器测可以由纸带和打点计时器测出出, ,也可以用其他方法测出。也可以用其他方法测出。3.3.寻找功与速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功寻找功与

3、速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功W W为纵坐标为纵坐标, ,小小车获得的速度车获得的速度v v为横坐标为横坐标, ,作出作出W-vW-v或或W-vW-v2 2图像。分析图像图像。分析图像, ,得出橡皮得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系。筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系。【实验过程【实验过程】一、实验步骤一、实验步骤1.1.按原理图将仪器安装好。按原理图将仪器安装好。2.2.平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板板, ,反复移动木板的位置反复移动木板的位置, ,直至小车上不挂橡皮筋时直至小车

4、上不挂橡皮筋时, ,轻推小车轻推小车, ,纸带打出的点间距均匀纸带打出的点间距均匀, ,即小车能匀速运动为止。即小车能匀速运动为止。3.3.先用先用1 1条橡皮筋做实验条橡皮筋做实验, ,用打点计时器和纸带测出小车获得的用打点计时器和纸带测出小车获得的速度速度v v1 1, ,设此时橡皮筋对小车做的功为设此时橡皮筋对小车做的功为W,W,将这一组数据记入表将这一组数据记入表格。格。4.4.用用2 2条橡皮筋做实验条橡皮筋做实验, ,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同, ,这时橡皮筋对小车做的功为这时橡皮筋对小车做的功为2W,2W,测出小车获得的速度测出小车获得的

5、速度v v2 2, ,将数据将数据记入表格。记入表格。5.5.用用3 3条、条、4 4条条橡皮筋做实验橡皮筋做实验, ,用同样的方法测出功和速度用同样的方法测出功和速度, ,记入表格。记入表格。二、数据处理二、数据处理1.1.测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带, ,为探究橡皮筋为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系弹力做的功和小车速度的关系, ,需要测量弹力做功结束时小车需要测量弹力做功结束时小车的速度的速度, ,即小车做匀速运动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：应在纸带上测量的物理量：A A1 1、A A2 2间的距离间的距离

6、s,s,小车速度的表达式是小车速度的表达式是v= (Tv= (T为打点计时器打为打点计时器打点的时间间隔点的时间间隔) )。sT2.2.记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v v2 2的值。的值。橡皮筋橡皮筋条数条数位移位移s/ms/m时间时间t/st/s速度速度v/mv/ms s-1-1速度平方速度平方v v2 2/m/m2 2s s-2-23.3.数据处理：在坐标纸上画出数据处理：在坐标纸上画出W-vW-v或或W-vW-v2 2图线图线(“W”(“W”以一条橡以一条橡皮筋做的功为单位皮筋做的功为单位) )。4.4.实验结论：从图像分析外力

7、对物体做功与物体速度变化的关实验结论：从图像分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为系为WvWv2 2。【误差分析【误差分析】类型类型产生原因产生原因减小方法减小方法偶然偶然误差误差小车速度的测量误差小车速度的测量误差多次测量多次测量s,s,求平均值求平均值摩擦力做功摩擦力做功平衡摩擦力适当平衡摩擦力适当系统系统误差误差橡皮筋的长度、橡皮筋的长度、粗细不一粗细不一选规格相同的橡皮筋选规格相同的橡皮筋【注意事项【注意事项】1.1.平衡摩擦力：将木板一端垫高平衡摩擦力：将木板一端垫高, ,使小车的重力沿斜面向下的使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法：使小车连着纸带并接通电源分力与摩擦阻

8、力平衡。方法：使小车连着纸带并接通电源, ,轻轻推小车推小车, ,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动否做匀速运动, ,找到长木板的一个合适的倾角。找到长木板的一个合适的倾角。2.2.选点测速：测小车的速度时选点测速：测小车的速度时, ,纸带上的点应选均匀部分的纸带上的点应选均匀部分的, ,也也就是选小车做匀速运动时的部分。就是选小车做匀速运动时的部分。3.3.橡皮筋的选择：橡皮筋应选规格一样的。力对小车做的功以橡皮筋的选择：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一条橡皮筋做的功为单位即可, ,不必计

9、算出具体数值。不必计算出具体数值。4.4.先后顺序：开始实验时先后顺序：开始实验时, ,小车应靠近打点计时器小车应靠近打点计时器, ,并且要先接并且要先接通电源再释放小车。通电源再释放小车。5.5.小车的选择：小车质量应适当大一些小车的选择：小车质量应适当大一些, ,使纸带上打的点多一使纸带上打的点多一些。些。【实验改进【实验改进】1.1.本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集, ,比用比用打点计时器方便快捷且误差较小。打点计时器方便快捷且误差较小。2.2.可以把长木板换成气垫导轨可以把长木板换成气垫导轨, ,省略平衡摩擦力的操作步骤省略平

10、衡摩擦力的操作步骤, ,达达到简化实验过程的目的。到简化实验过程的目的。热点热点1 1 对实验原理的理解对实验原理的理解【典题【典题1 1】“探究动能定理探究动能定理”的实验装置如图甲所示的实验装置如图甲所示, ,当小车在当小车在两条橡皮筋作用下弹出时两条橡皮筋作用下弹出时, ,橡皮筋对小车做的功记为橡皮筋对小车做的功记为W W0 0。当用。当用4 4条、条、6 6条、条、8 8条条完全相同的橡皮筋并在一起进行第完全相同的橡皮筋并在一起进行第2 2次、第次、第3 3次、第次、第4 4次次实验时实验时, ,橡皮筋对小车做的功记为橡皮筋对小车做的功记为2W2W0 0、3W3W0 0、4W4W0 0

11、, ,每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出。计时器所打的纸带测出。(1)(1)关于该实验关于该实验, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( () )A.A.打点计时器可以用直流电源供电打点计时器可以用直流电源供电, ,电压为电压为4 46 V6 VB.B.实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等C.C.每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D.D.利用每次测出的小车最大速度利用每次测出的小车最大速度v vm m和橡皮筋做的功和橡皮筋做的功

12、W,W,依次作出依次作出W-vW-vm m、W-vW-vm m2 2、W-vW-vm m3 3、W W2 2-v-vm m、W W3 3-v-vm m的图像的图像, ,得出合力做功与得出合力做功与物体速度变化的关系物体速度变化的关系(2)(2)图乙给出了某次在正确操作情况下打出的纸带图乙给出了某次在正确操作情况下打出的纸带, ,从中截取从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带了测量物体最大速度所用的一段纸带, ,测得测得O O点到点到A A、B B、C C、D D、E E各点的距离分别为各点的距离分别为OA=5.65cm,OB=7.12cm,OC=8.78cm, OA=5.65cm,OB=7.

13、12cm,OC=8.78cm, OD=10.40cm,OE=11.91cmOD=10.40cm,OE=11.91cm。已知相邻两点打点时间间隔为。已知相邻两点打点时间间隔为0.02s,0.02s,则小车获得的最大速度则小车获得的最大速度v vm m= =m/sm/s。【解题探究【解题探究】(1)(1)关于关于“探究动能定理探究动能定理”的实验的实验, ,请回答：请回答：打点计时器应使用打点计时器应使用_供电供电; ;实验中的橡皮筋的选择需实验中的橡皮筋的选择需_;_;每次实验小车要从每次实验小车要从_由静止弹出。由静止弹出。(2)(2)如何求小车获得的最大速度如何求小车获得的最大速度? ?提示

14、：提示：选取纸带上间距相等的点选取纸带上间距相等的点, ,利用速度公式利用速度公式v= v= 求解。求解。st交流电源交流电源规格相同规格相同同一位置同一位置【解析【解析】(1)(1)选选C C、D D。打点计时器一定要用交流电源。打点计时器一定要用交流电源,A,A错误错误; ;实验中一定要用相同的橡皮筋实验中一定要用相同的橡皮筋,B,B错误错误; ;每次实验中每次实验中, ,应使小车应使小车从同一位置由静止弹出从同一位置由静止弹出,C,C正确正确; ;在探究小车最大速度和橡皮筋在探究小车最大速度和橡皮筋做功做功W W的关系时的关系时, ,要作出各种不同的可能关系图像要作出各种不同的可能关系图

15、像, ,得出合力做得出合力做功与物体速度变化的关系功与物体速度变化的关系,D,D正确。正确。(2)(2)小车获得的最大速度应该用纸带上点间距相等段求解小车获得的最大速度应该用纸带上点间距相等段求解, ,在在图中纸带上应用图中纸带上应用B B、D D段求小车的最大速度。段求小车的最大速度。v vm m= m/s= m/s=0.82m/s=0.82m/s。答案：答案：(1)C(1)C、D D (2)0.82(2)0.82210.407.1210ODOB2T2 0.02热点热点2 2 实验数据的处理和误差分析实验数据的处理和误差分析【典题【典题2 2】(2013(2013四川高考四川高考) )如图甲

16、所示如图甲所示, ,某组同学借用某组同学借用“探探究究a a与与F F、m m之间的定量关系之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作的相关实验思想、原理及操作, ,进行进行“研究合外力做功和动能变化的关系研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：的实验：(1)(1)为达到平衡阻力的目的为达到平衡阻力的目的, ,取下细绳及托盘取下细绳及托盘, ,通过调整垫片的通过调整垫片的位置位置, ,改变长木板倾斜程度改变长木板倾斜程度, ,根据打出的纸带判断小车是否做根据打出的纸带判断小车是否做运动。运动。(2)(2)连接细绳及托盘连接细绳及托盘, ,放入砝码放入砝码, ,通过实验得到图乙所示的纸带。通过实

17、验得到图乙所示的纸带。纸带上纸带上O O为小车运动起始时刻所打的点为小车运动起始时刻所打的点, ,选取时间间隔为选取时间间隔为0.1s0.1s的相邻计数点的相邻计数点A A、B B、C C、D D、E E、F F、G G。实验时小车所受拉力为。实验时小车所受拉力为0.2N,0.2N,小车的质量为小车的质量为0.2kg0.2kg。请计算小车所受合外力做的功请计算小车所受合外力做的功W W和小车动能的变化和小车动能的变化EEk k, ,补填表补填表中空格中空格( (结果保留至小数点后第四位结果保留至小数点后第四位) )。O OB BO OC CO OD DO OE EO OF FW/JW/J0.0

18、43 20.043 20.057 20.057 20.073 40.073 40.091 50.091 5EEk k/J/J0.043 00.043 00.057 00.057 00.073 40.073 40.090 70.090 7分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W=EW=Ek k, ,与理论与理论推导结果一致。推导结果一致。(3)(3)实验前已测得托盘质量为实验前已测得托盘质量为7.77.71010-3-3kg,kg,实验时该组同学放实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为入托盘中的砝码质量应为kg(gkg(g取取9.8m/s9.8m/s2

19、2, ,结果保结果保留至小数点后第三位留至小数点后第三位) )。【解题探究【解题探究】(1)(1)在做在做“研究合外力做功和动能变化的关系研究合外力做功和动能变化的关系”的实验时的实验时, ,判判断摩擦力平衡的方法：根据打出的纸带上的点是否均匀判断断摩擦力平衡的方法：根据打出的纸带上的点是否均匀判断小车是否做小车是否做_运动。运动。(2)(2)计算从点计算从点O O到点到点F F小车所受合外力做的功小车所受合外力做的功W W和小车动能的变和小车动能的变化化EEk k的思路：的思路：合外力的功：合外力的功：W=_;W=_;F F点的速度大小：点的速度大小：v vF F=_;=_;EEk k的大小：的大小：EEk k=_=_。匀速直线匀速直线FsFsOFOFEGs2T2F1mv2(3)(3)如何求实验前放入托盘中的砝码的质量如何求实验前放入托盘中的砝码的质量? ?提示：提示：根据小车所受的拉力大小等于托盘和砝码的重力之和根据小车所受的拉力大小等于托盘和砝码的重力之和求解。求解。【解析【解析】(1)(1)把长木板的一侧垫高把长木板的一侧垫高, ,以补偿打点计时器对小车以补偿打点计时器对小车的阻力及