《夺冠之路》福建专用高三物理一轮复习 第5章第5课时 实验：探究动能定理课件 鲁科

第五课时实验：探究动能定理1．探究恒力做功与物体动能的变化关系，掌握实验方法，实验操作技巧，以及实验数据处理方法．2．通过实验体会实验探究的思路和科学探究方法．一、实验原理探究恒力做功与物体动能改变的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体动能的变化，从而得到恒力做功与物体动能改变的关系．二、实验器材附有定滑轮的长木板，薄木块，小车，细线，砝码，打点计时器，低压交流电源、导线、天平(带一套砝码)，毫米刻度尺、纸带及复写纸等．三、实验步骤1．用天平测出小车质量m，并记录．2．按图安装实验器材，不加砝码，调整定滑轮的高度，使细线与木板平行．3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫薄木块，并反复移动其位置，直到小车在斜面上匀速运动为止．4．加砝码(要使小车的质量远大于砝码的质量)，把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器，接通电源放开小车，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带并标记使用的砝码质量．5．重复步骤4，打2～3条纸带．6．选一条点迹清晰的纸带分析数据．计数点位移s/m功W/J速度v1/m·s－1速度v2/m·s－1动能的变化ΔEk/J123457．将实验数据填在下表中，小车质量m＝______kg，砝码质量m0＝______kg，细线拉力F＝m0g＝______N.8.结论：恒力所做的功跟动能变化量之间的关系是恒力所做的功等于物体动能的变化．四、注意事项1．砝码的总质量要远小于小车的质量．2．平衡摩擦力时，不要加砝码，但应连着纸带且接通电源．3．小车所受的阻力f应包括小车受的摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力．4．小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源再放手．五、误差分析1．实验的系统误差是细线对小车的拉力小于砝码的总重力．2．平衡摩擦力不彻底或平衡过了也造成误差．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．实验原理和步骤的考查【例1】(2011年福建福州模拟)某探究学习小组的同学利用学校实验室的器材探究动能定理，他们组装了一套如图(甲)所示的装置，另外他们还找到打点计时器所用的学生电源一台、天平、刻度尺、导线、复写线、纸带、小砂桶和砂子若干．当小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上小砂桶．(1)某同学的实验步骤如下：用天平称量小车的质量m0和砂与小砂桶的总质量m.让砂桶带动小车加速运动，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，算出这两点的速度v1与v2.(ⅰ)本实验装置图(准备放开小车时刻)中有什么缺点或错误？(ⅱ)要完成本实验，还缺哪些重要实验步骤？(ⅲ)本实验认为小车所受合外力等于砂和砂桶重力，则应控制的实验条件是什么？(2)在实验验操作作正确确的前前提下下，若若挑选选的一一条点点迹清清晰的的纸带带如图图(乙)所示，，已知知相邻邻两个个点间间的时时间间间隔为为T，从从A点到到B、C、D、E、F点的的距距离离依依次次为为s1、s2、s3、s4、s5(图中中未未标标s3、s4、s5)，则则由由此此可可求求得得纸纸带带上上由由B点到到E点所所对对应应过过程程中中，，合合外外力力对对小小车车所所做做的的功功W＝________；该该小小车车动动能能改改变变量量的的表表达达式式为为ΔEk＝________(结果果用用题题中中已已知知物物理理量量的的符符号号表表示示)；若若满满足足________，则则动动能能定定理理得得证证．．熟练练掌掌握握本本实实验验的的目目的的和和实实验验设设计计的的思思路路，，才才能能正正确确掌掌握握实实验验的的原原理理和和步步骤骤．．对实实验验数数据据的的分分析析处处理理【例2】】某实实验验小小组组采采用用如如图图(甲)所示示的的装装置置探探究究“动能能定定理理”，图图(甲)中小小车车中中可可放放置置砝砝码码，，实实验验中中，，小小车车碰碰到到制制动动装装置置时时，，钩钩码码尚尚未未到到达达地地面面，，打打点点计计时时器器工工作作频频率率为为50Hz.测量点s/cmv/(m·s－1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD7.150.54E9.410.60(1)如图图(乙)是钩钩码码质质量量为为0.03kg，砝砝码码质质量量为为0.02kg时得得到到的的一一条条纸纸带带，，在在纸纸带带上上选选择择计计数数始始点点O及A、B、C、D和E五个个计计数数点点，，可可获获得得各各计计数数点点到到O的距距离离s及对对应应时时刻刻小小车车的的瞬瞬时时速速度度v，请请将将C点的的测测量量结结果果填填在在表表中中的的相相应应位位置置．．纸带带的的测测量量结结果果(2)在小小车车的的运运动动过过程程中中，，对对于于钩钩码码、、砝砝码码和和小小车车组组成成的的系系统统，，__________做正正功功，，__________做负负功功．．(3)实验验小小组组根根据据实实验验数数据据绘绘出出了了图图(丙)中的的图图线线(其中中Δv2＝v2－v)，根根据据图图线线可可获获得得的的结结论论是是___________________________________________________________________________________________________.要验证“动能定理”，还需测量的物理量是摩擦力和__________．答案：(1)5.100.49(2)重力(钩码的重重力(3)Δv2∝s(速度的平方的变化与位移成正比)小车的质量验证动能能定理的的实验中中，关键键是速度度计算、、质量、、位移的的测量，，图象法法分析比比较直观观、误差差较小，，是数据据处理的的常用方方法．创新实验验【例3】(2011年广东省省联考)测量滑块块在运动动过程中中所受的的合外力力是“探究动能能定理”实验要解解决的一一个重要要问题．．为此，，某同学学设计了了如下实实验方案案：A．实验装装置如图图(甲)所示，一一端系在在滑块上上的细绳绳通过转转轴光滑滑的轻质质滑轮挂挂上钩码码，用垫垫块将长长木板固固定有定定滑轮的的一端垫垫起．调调整长木木板的倾倾角，直直至轻推推滑块后后，滑块块沿长木木板向下下做匀速速直线运运动；B．保持长长木板的的倾角不不变，取取下细绳绳和钩码码，让滑滑块沿长长木板向向下做匀匀加速直直线运动动．请回答下下列问题题：(1)滑块做匀匀速直线线运动时时，打点点计时器器在纸带带上所打打出点的的分布应应该是________；(2)滑块在匀匀加速下下滑过程程中所受受的合外外力大小小等于________________________；(3)该同学在在一条比比较理想想的纸带带上，从从点迹清清楚的某某点开始始记为O点，顺次次选取5个点，分分别测量量这5个点到O之间的距距离，并并计算出出它们与与O点之间的的速度平平方差：：Δv2(Δv2＝v2－v)，填入下下表：点迹s/cmΔv2/(m/s)20//11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23以Δv2为纵坐标标，以s为横坐标标在方格格纸中作作出Δv2s图象．若若测出滑滑块质量量为0.2kg，结合图图象可求求得滑块块所受合合外力的的大小为为________N.答案：(1)间距均匀匀(或等间距距)(2)钩码的重重力大小小(3)0.25考点：【例题】(基础题)(2011年陕西模拟)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所示的装置，另外他们还找到了打点计时器及学生电源、导线、复写纸、纸带、滑块、细砂．当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小砂桶时，释放小砂桶，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)你认为还还需要的的实验器器材有___________________________________________．(2)实验时为为了保证证滑块受受到的合合力与砂砂和砂桶桶的总重重力大小小基本相相等，砂砂和砂桶桶的总质质量应满满足的实实验条件件是________，实验验时首首先要要做的的步骤骤是____________________________．(3)在(2)的基础础上，，某同同学用用天平平称量量滑块块的质质量为为M.往砂桶桶中装装入适适量的的细砂砂，用用天平平称出出此时时砂和和砂桶桶的总总质量量为m.【测控导导航】考点题号1.实验器材12.实验原理2、33.数据处理41.在探究恒力力做功与物物体的动能能改变量的的关系的实实验中备有有下列器材材：A．打点计时时器；B.天平；C.秒表；D．低压交流流电源；E.电池；F.纸带；G.细线、砝H．薄木板．(1)其中多余的器材是________(填字母代号)，缺少的器材是________．(2)测量时间的工具是________；测量质量的工具是________________________．解析：(1)计算小车的速度是根据打点计时器所打点的纸带，故不需秒表，电磁打点计时器使用低压交流电源，故不需电池，纸带上的数据需用刻度尺测量，故缺刻度尺．(2)打点计时器是测时间的工具，天平是测质量的工具．答案：(1)C、E刻度尺(2)打点计时器天平2．(1)在“探究恒力做做功与动能能改变的关关系”实验中，某某同学采用用如图(甲)所示的装置置进行实验验，他想用用钩码的重重力表示小小车受到的的合外力，，为了减小小这种做法法带来的实实验误差，，你认为在在实验中应应该采取的的两项必要要措施是：：a．_______________________________________________________________________.b．_______________________________________________________________________.(2)如图(乙)所示是某次次实验中得得到的一条条纸带，其其中A、B、C、D、E、F是计数点，相相邻计数点间间的时间间隔隔为T，距离如图(乙)所示．则打C点时小车的速速度表达式为为(用题中所给物物理量表示)__________；要验证合外外力的功与动动能变化间的的关系，除位位移、速度外外，还要测出出的物理量有有______________________________________．3．为了探究恒恒力作用时的的动能定理，，某同学做了了如下实验，，他让滑块在在某一水平面面上滑行，利利用速度采集集器获取其初初速度v，并测量出不不同初速度的的最大滑行距距离s，得到下表所所示几组数据据：数据组123456v/(m·s－1)00.160.190.240.300.49s/m00.0450.0750.1110.1630.442(1)一同学根据表表中数据，作作出sv图象如图(甲)所示．观察该该图象，该同同学作出如下下推理：根据据sv图象大致是一一条抛物线，，可以猜想，，s可能与v2成正比．请在在图(乙)所示坐标纸上上选择适当的的坐标轴作出出图线验证该该同学的猜想想．(2)根据你所作的的图象，你认认为滑块滑行行的最大距离离s与滑块初速度度平方v2的关系是____________________．4．某同学在“探究动能定理理”的实验中，设设计了如图(甲)所示的装