高考物理一轮复习：机械能部分 实验 动能定理

实验：探究动能定理思维导图高考考纲了解实验的原理，方法、操作过程和注意事项。复习目标会利用纸带求物体的速度，从而计算物体的动能。探究功与速度变化的关系的实验设计思路知识梳理探究动能定理合力做功与功能改变量的关系合力做功功能的改变量用每根橡皮筋形变量相同作为每次做功的量探究功与速度变化的关系的实验原理知识梳理①一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.②两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为______.③三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为______.④利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系.2W3W探究功与速度变化的关系的实验器材知识梳理打点计时器橡皮筋纸带刻度尺小车铁钉木板探究功与速度变化的关系的实验步骤知识梳理a.按图所示将实验仪器安装好。b.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，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止。c.分别用1条、2条、3条、4条……橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度都与第一次相同。这时橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W……，标记好每次实验得到的纸带。

探究功与速度变化的关系操作时的注意事项知识梳理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，找到木板一个合适的倾角。

②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。③小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些。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__________

(填字母代号)。例题——实验原理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．为简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样

C．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F．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G．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提示：明确本实验设计基本思想：不直接算W的具体数值，而只看第2次、第3

ABCF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50Hz.(1)实验中木板略微倾斜，这样做____________(填答案前的字母)．A．是为了释放小车后，小车能匀加速下滑B．是为了增大橡皮筋对小车的弹力C．是为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D．是为了使橡皮筋松驰后小车做匀加速运动例题——实验操作C甲提示：木板略微倾斜的操作是为了平衡摩擦力(2)若根据多次测量数据画出的W－v草图如图乙所示，根据图线形状可知，对W与v的关系作出的以下猜想肯定不正确的是________．例题——实验操作AB乙探究功与速度变化的关系的数据处理知识梳理①测量小车的速度：（弹力做功结束时小车的速度）弹力做功结束时小车的速度小车做匀速运动的速度T为打点计时器的时间间隔|A1A2|=x探究功与速度变化的关系的数据处理知识梳理②探究功与速度变化的关系表格观察法当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变化，有何变化规律。图像法探究功与速度变化的关系的数据处理知识梳理②探究功与速度变化的关系(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。实验结论：从图象可知做功与物体速度变化的关系为W∝v2。

探究功与速度变化的关系数据处理时的注意事项知识梳理①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状态的。直到作出的图象是一条倾斜的直线。实验探究的技巧与方法知识梳理不直接计算W和v的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的W和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理。探究功与速度变化的关系的误差分析知识梳理（2013·福建卷）在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图)：例题——数据处理①下列说法哪一项是正确的______．(填选项前字母)A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放提示：平衡摩擦力的目的是为了使细绳上的拉力等于小车所受合力；回顾牛二的实验，钩码与小车质量需满足怎样的关系，才能使细绳拉力近似等于钩码的重力。解析：平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力与摩擦力平衡，故不能挂钩码平衡摩擦力，选项A错误；本实验中，近似认为小车所受拉力等于钩码的重力，因此应使钩码的质量远小于小车的质量，选项B错误；实验时，为充分利用纸带，应使小车靠近打点计时器由静止释放，选项C正确．C②下图是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为______________m/s(保留三位有效数字)。例题——数据处理提示：对于匀变速直线运动，中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度。0.6532014•杭州七校联考)在“探究功与速度变化的关系”的实验中：(1)利用甲图装置，小车在橡皮筋的作用下运动，下列4条纸带中最符合实验要求的是________．例题——数据处理提示：小车的运动为先加速后匀速B例题——数据处理(2)某同学对该实验进行了更改，如乙图，把橡皮筋的

固定点改为A点，操作如下：a．将打点计时器固定在一块平板上，让纸带的一端

夹在小车后端，另一端穿过打点计时器，将安装有打

点计时器的平板一端适当垫高，调整高度，直至轻推

小车后，小车_______________．

b．将橡皮筋固定在小车前端．拉长橡皮筋使小车位于靠近打点计时器处，记下小车位置．接通打点计时器电源，释放小车．

c．用2条、3条、4条、5条、6条橡皮筋分别代替1条橡皮筋重做实验．d．在上述实验中打出的5条纸带中，分别找出小车开始近似做匀速运动的点，并分别测出匀速运动时的速度v1、v2、v3、v4、v5、v6.做匀速直线运动例题——数据处理现了问题；通过图象观察可知同样的W值获得的速度v较小。近4(2017江苏单科)利用如图甲所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系。小车的质量为M=200.0g,钩码的质量为m=10.0g,打点计时器的电源为50Hz的交流电。

例题——误差分析

(1)挂钩码前,为了消除摩擦力的影响,应调节木板右侧的高度,直至向左轻推小车观察到_______________

。(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图乙所示。选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点。用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx,记录在纸带上。计算打出各计数点时图甲小车做匀速运动小车的速度v,其中打出计数点“1”时小车的速度v1=_______m/s。例题——误差分析0.228图乙

例题——误差分析请根据表中的数据,在方格纸上作出ΔEk-W图象。

利用作图法处理实验数据的原则是使方格纸得到充分的利用,为此,坐标可以不从零开始。提示：需首先确定标度：为充分利用方格纸,依据给定数据范围及方格纸上格数多少,确定纵坐标、横坐标的起始值及每一格代表的数值。例题——误差分析(4)实验结果表明,ΔEk总是略小于W。某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的。用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F=________N。提示：分别对钩码和小车受力分析，列牛二方程进行求解。0.093(2017北京理综)如图所示，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.交流电源例题——其他实验方法（利用重物牵引小车）(2)实验中，需要平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.计时器打点提示：需由纸带上点迹的特点来判断小车是否做匀速运动（摩擦力是否已平衡）。ABB(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……，如图所示。

例题——其他实验方法（利用重物牵引小车）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

提示：拉力等于重力，W=Fsmgx2

v=______。

例题——其他实验方法（利用重物牵引小车）质量例题——其他实验方法（利用重物牵引小车）

A例题——其他实验方法（利用光电门和气垫导轨）①调整水平桌面上的气垫导轨至水平；②测量挡光条的宽度l，两光电门间的中心间距s，用天平称出滑块和挡光条的总质量M，托盘和砝码的总质量m；③将滑块移至光电门1左侧某位置，由静止释放滑块，从计时器中分别读出挡光条通过两光电门的时间Δt1、Δt2.用测量的物理量求解下列物理量：(1)滑块通过光电门1和2时瞬时速度分别为v1＝_______，v2＝_______.(2017·云南昆明模拟)利用气垫导轨探究动能定理，实验装置如图所示.

实验步骤如下：提示：时间足够短时，平均速度近似等于瞬时速度。(2)滑块通过光电门1和2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝_________，Ek2＝_________

.外力对系统做的功为W＝______

.

例题——其他实验方法（利用光电门和气垫导轨）(3)实验中，验证动能定理是否成立的关系式为

__________________.在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，外力对系统做的总功W=mgh=mgs.解析根据动能的定义式得：通过光电门1，mgs

提示：如果W＝ΔEk＝Ek2－Ek1，则可认为验证了动能定理.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器来探究动能定理.如图所示，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的拉力的大小.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.例题——其他实验方法（利用传感器）(1)实验主要步骤如下：①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；正确连接所需装置.②将小车停在C点，接通电源，_____________，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.③在小车中增加砝码，或_________，重复②的操作.小车然后释放小车减少砝码(2)如表是他们测得的几组数据，其中m是m1与小车中砝码质量之和，

是两个速度传感器所记录速度的二次方差的绝对值，可以据此计算出动能变化量ΔEk，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中的ΔEk3＝______J，W3＝______

J.(结果保留三位有效数字)

例题——其他实验方法（利用传感器）W3＝F3·LAB＝1.220×0.500J＝0.610J数据记录表0.6000.610(3)根据表中数据在图中的坐标纸上作出ΔEk—W图线.例题——其他实验方法（利用传感器）高考考情演变装置时代化实验的创新求解智能化高考考情演变实验的创新①摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力→自由下落阻力减少→气垫导轨减少摩擦力。练习同学们设计了以下表格来记录实验数据。其中L1、L2、L3、L4…代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v1、v2、v3、v4…表示物体每次通过Q点的速度。所示，PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点时的速度)，每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放。练习在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小________(填“会”或“不会”)影响探究出的结果。

不会(2013·三门峡模拟)某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了如图所示的实验装置。练习(1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是___________________________________________________________________

__________________________________________________________。(2)如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度Δd＝_____cm。实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定。现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气垫导

轨之上，轻推滑块看是否匀速运动(其他方法正确同样得分)0.550Δt，则滑块最后匀速运动的速度表达式为________(用字母表示)。练习过坐标原点的

一条倾