高考物理总复习第五章机械能实验五探究动能定理

试验五探究动能定理1/392/39

误差分析1.误差主要起源是橡皮筋长度、粗细不一，使橡皮筋拉力做功W与橡皮筋条数不成正比。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.利用打上点纸带计算小车速度时，测量不准带来误差。3/39

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点均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个适当倾角。2.选点测速：测小车速度时，纸带上点应选均匀部分，也就是选小车做匀速运动状态点。3.橡皮筋选择：橡皮筋规格相同时，力对小车做功以一条橡皮筋做功为单位即可，无须计算出详细数值。4/39热点一教材原型试验【例1】

(·温州模拟)如图1所表示，某同学在做“探究功与速度改变关系”试验。当小车在1条橡皮筋作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条……橡皮筋重复试验时，设法使每次试验中橡皮筋所做功分别为2W、3W…5/39(1)图1中电火花计时器工作电压是________V交流电。(2)试验室提供器材以下：长木板、小车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、电源等，还缺乏测量工具是________。(3)图1中小车上有一固定小立柱，如图2中给出了4种橡皮筋与小立柱套接方式，为减小试验误差，你认为最合理套接方式是________。6/39(4)在正确操作情况下，某次试验所打纸带如图3所表示。打在纸带上点并不都是均匀，为了测量橡皮筋做功后小车取得速度，应选取纸带________部分进行测量(依据纸带中字母回答)，小车取得速度是________m/s。(结果保留2位有效数字)图37/39答案(1)220(2)刻度尺(3)A(4)GJ0.65解析(1)电火花计时器工作电压是220V交流电。(2)处理试验数据时需要测量两计数点间距离，所以还需要器材是刻度尺。(3)橡皮筋最合理套接方式是A，以A方式套接释放小车后，橡皮筋不会影响小车运动。8/39【变式训练1】(·廊坊模拟)某同学做探究协力做功和物体速度改变关系试验装置如图4甲所表示，小车在橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行。用1条橡皮筋时对小车做功记为W，当用2条、3条……完全相同橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……试验时，每次试验中橡皮筋伸长长度都保持一致。试验中小车取得速度由打点计时器所打纸带求出。图49/39(1)木板水平放置，小车在橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处状态与小车所在位置，以下说法正确是________。A.橡皮筋仍处于伸长状态B.橡皮筋恰好恢复原长C.小车紧靠着打点计时器D.小车已超出两个铁钉连线(2)如图乙所表示是某次操作正确情况下，在频率为50Hz电源下打点计时器统计一条纸带，为了测量小车取得速度，应选取纸带________(选填“A～F”或“F～I”)部分进行测量，速度大小为________m/s。(3)经过该试验正确操作和正确处理数据，应该得出协力做功W和物体速度v改变关系是________(用本问中字母表示)。10/39解析(1)平衡摩擦力后，橡皮筋拉力等于小车受到协力，橡皮筋做功完成，小车速度最大。若不进行平衡摩擦力操作，则当橡皮筋拉力等于摩擦力时，速度最大，本题中木板水平放置，显然没有进行平衡摩擦力操作，所以当小车速度最大时，橡皮筋仍处于伸长状态，故选项B、C、D错误，A正确。(3)所以W与v2成正比，即W∝v2。答案

(1)A

(2)F～I

0.76

(3)W∝v211/39热点二试验拓展创新1.装置时代化12/3913/3914/3915/39【例2】(·北京理综，21)如图5所表示，用质量为m重物经过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上统计小车运动情况。利用该装置能够完成“探究动能定理”试验。图516/39(1)打点计时器使用电源是________(选填选项前字母)。A.直流电源 B.交流电源(2)试验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是________(选填选项前字母)。A.把长木板右端垫高 B.改变小车质量在不挂重物且________(选填选项前字母)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它阻力影响。A.计时器不打点 B.计时器打点17/39试验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受拉力大小为mg，从打O点到打B点过程中，拉力对小车做功W＝________，打B点时小车速度v＝________。(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，已知相邻计数点间时间间隔为T，测得A、B、C……各点到O点距离为x1、x2、x3……，如图6所表示。图618/39(4)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用试验数据做出如图7所表示v2－W图象。由此图象可得v2随W改变表示式为________。依据功与能关系，动能表示式中可能包含v2这个因子，分析试验结果单位关系，与图线斜率相关物理量应是________。图719/39(5)假设已经完全消除了摩擦力和其它阻力影响，若重物质量不满足远小于小车质量条件，则从理论上分析，下列图中正确反应v2－W关系是________。20/39解析(1)打点计时器使用交流电源。(2)平衡摩擦力方法为将木板一端垫高，使得重力沿木板方向分力与全部阻力(包含打点过程中阻力)平衡，使小车做匀速直线运动；判断小车做匀速直线运动是依据纸带上相邻点间距离相等判定，故需计时器打点。21/3922/39【变式训练2】某校物理兴趣小组利用如图8所表示装置探究协力做功与动能改变关系。在滑块上安装一遮光条，系轻细绳处安装一拉力传感器(可显示出轻细绳拉力)，把滑块放在水平气垫导轨上A处，细绳经过定滑轮与钩码相连，光电门安装在B处。气垫导轨充气，将滑块从A位置由静止释放后，拉力传感器统计读数为F，光电门统计时间为Δt。图823/39(1)用螺旋测微器测量遮光条宽度，如图9所表示，则宽度为__________mm。图924/3925/39解析(1)依据螺旋测微器读数规则，遮光条宽度d＝2.5mm＋0.058mm＝2.558mm。26/391.某学习小组在“探究功与速度改变关系”试验中采取了如图10所表示试验装置。图10(1)将气垫导轨接通气泵，经过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检验是否调平方法是___________________。27/39(3)逐根增加橡皮条，统计每次遮光条经过光电门时间，并计算出对应速度。则画出W－v2图象应是____________________________。(2)如图11示，游标卡尺测得遮光条宽度Δd＝________cm。试验时，将橡皮条挂在滑块挂钩上，向后拉伸一定距离，并做好标识，以确保每次拉伸距离恒定。现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门时间为Δt，则滑块最终匀速运动速度表示式为________(用字母表示)。图1128/39解析(1)检验导轨是否水平方法：将滑块轻放在气垫导轨上，看其是否滑动(或将滑块轻放在气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动)。(2)Δd＝5mm＋0.05mm×10＝5.50mm＝0.550cm29/392.为了“探究动能改变与合外力做功关系”，某同学设计了以下试验方案：

第一步：把带有定滑轮木板有滑轮一端垫起，把质量为M滑块经过细绳与质量为m带夹子重锤跨过定滑轮相连，重锤下连一穿过打点计时器纸带，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12甲所表示。

第二步：保持长木板倾角不变，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速运动，打出纸带，如图乙所表示。打出纸带如图丙所表示。30/39图1231/39请回答以下问题：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间时间间隔为Δt，依据纸带求滑块运动速度，打点计时器打B点时滑块运动速度vB＝________。(2)已知重锤质量为m，当地重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做功还必须测出这一过程滑块________(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功表示式W合＝________。(3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做功W以及在A、B、C、D、E各点速度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________，依据图象还可求得________。32/39(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑位移x，由动能定理可知W合＝ΔEk，即mgx＝ΔEk。33/393.(·江苏单科，10)利用如图13所表示试验装置探究恒力做功与物体动能改变关系。小车质量为M＝200.0g，钩码质量为m＝10.0g，打点计时器电源为50Hz交流电。图1334/39(1)挂钩码前，为了消除摩擦力影响，应调整木板右侧高度，直至向左轻推小车观察到_____________________________。(2)挂上钩码，按试验要求打出一条纸带如图14所表示。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距离Δx，统计在纸带上。计算打出各计数点时小车速度v，其中打出计数点“1”时小车速度v1＝_______m/s。图1435/39W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.0036/39请依据表中数据，