高考物理复习专题五机械能实验五探究动能定理

试验五探究动能定理1/40试验准备

试验目标1．探究外力对物体做功与物体速度改变关系．2．经过试验数据分析，总结出做功与物体速度平方正比关系．2/40试验原理条数增加打点计时器

探究功与物体动能改变关系，可经过改变力对物体做功，测出力对物体做不一样功时物体速度．为简化试验可将物体初速度设置为零，可用如图S5-1所表示装置进行试验，经过增加橡皮筋________使橡皮筋对小车做功成倍________，再经过____________和纸带来测量每次试验后小车末速度v. 图S5-13/40

试验器材

打点计时器、纸带、复写纸、小车(带小钩)、电源、导线、砝码、5～6条完全相同橡皮筋、刻度尺、长木板、铁钉等． 试验过程试验步骤平衡摩擦力

1．按如图S5-1所表示将试验仪器安装好，同时___________． 2．先用________条橡皮筋做试验，用打点计时器和纸带测出小车取得速度v1，设此时橡皮筋对小车做功为______，将这一组数据记入表格．1W4/40

3．用________条橡皮筋做试验，试验中橡皮筋拉伸长度与第一次相同，这么橡皮筋对小车做功为________，测出小车取得速度v2，将数据记入表格．22W

4．用3条、4条……橡皮筋做试验，用一样方法测出橡皮筋对小车做功和小车取得速度，记入表格． 5．观察测得数据进行预计，大致判断两个量可能关系，然后以W为纵坐标，以v2(或v)为横坐标作图，寻找二者关系．

试验结论

从试验结果看出，功W与速度v平方成正比，即W∝v2.5/40【基础检测】

(年槐荫区期末)某试验小组采取如图S5-2所表示装置“探究恒力做功与物体动能改变关系”．提供试验器材：电火花打点计时器及纸带、沙桶、细沙、细线、小车及砝码、一端带滑轮长木板及垫块．图S5-26/40

(1)为完成此试验，还需要器材是________(填以下仪器前字母代号)．A．天平B．秒表C．毫米刻度尺

(2)试验时，为了方便计算协力功，使小车所受协力大小等于沙和沙桶总重力．为此，首先要消除摩擦力影响；另首先还应使沙和沙桶质量________(填“远小于”或“远大于”)小车和砝码总质量．

答案：(1)AC(2)远小于7/40考点1对试验基本原理和步骤考查

⊙重点归纳

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做匀速运动，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直线运动时打点． 3．规格相同：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．8/40⊙典例剖析例1：某试验小组用如图S5-3所表示装置“探究功与物体速度改变关系”．图S5-39/40(1)为平衡小车运动过程中受到阻力，应该采取下面所述方法中________(填选项前字母代号)．A．逐步调整木板倾斜程度，让小车能够自由下滑B．逐步调整木板倾斜程度，让小车在橡皮筋作用下开始运动C．逐步调整木板倾斜程度，给小车一初速度，让拖着纸带小车匀速下滑D．逐步调整木板倾斜程度，让拖着纸带小车自由下滑10/40

(2)图S5-4是该试验小组在试验过程中打出一条纸带，已知打点计时器连接电源频率为50Hz，则橡皮筋恢复原长时小车速度为________m/s(计算结果保留3位有效数字)．图S5-4答案：(1)C(2)1.39(1.38～1.40均正确)11/40

【考点练透】

1．(年重庆第一中学检测)用如图S5-5甲所表示装置来探究“功和动能改变关系”．木板上固定两个完全相同遮光条A、B，用不可伸长细线将木板经过两个滑轮与弹簧测力计C相连，木板放在安装有定滑轮和光电门轨道D上，轨道放在水平桌面上，P为小桶(内有沙子)，滑轮质量、摩擦不计，重力加速度为g.甲丙

乙图S5-512/40

(1)试验中轨道应倾斜一定角度，这么做目标是_____________________________________________________________．A．为了使释放木板后，木板能匀加速下滑B．为了增大木板下滑加速度C．可使得细线拉力做功等于协力对木板做功D．可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宽度，如图乙所表示，则遮光条宽度d＝________cm.13/40(3)试验主要步骤以下：①测量木板、遮光条总质量M，测量两遮光条距离L；按图甲正确连接器材．

②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，统计弹簧测力计示数F及遮光条B、A先后经过光电门时间为t1、t2.则遮光条B、A经过光电门过程中木板动能改变量ΔEk

＝________，合外力对木板做功W＝__________，(用字母M、t1、t2、d、L、F表示)．③在小桶中增加沙子，重复②操作．④比较W、ΔEk

大小，得出试验结论．14/4015/40考点2试验数据处理及误差分析

⊙重点归纳

1．数据分析 (1)小车速度求法：试验取得如图S5-6所表示纸带，利用纸带上点迹均匀一段测出两点间距离，如纸带上A、B两点

图S5-616/40橡皮筋条数位移s/m时间t/s速度v/(m·s－1)速度平方v2/(m2·s－2)17/4018/40⊙典例剖析

例2：如图

S5-7所表示是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做功和物体速度改变关系”试验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行情形．这时，橡皮筋对小车做功记为W.当我们把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，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．小车每次试验中取得速度由打点计时器所打点纸带测出．19/40图S5-7(1)除了图中已给出试验器材外，还需要器材有________________________．

(2)平衡摩擦后，每次试验得到纸带上点并不都是均匀，为了测量小车取得速度，应选取纸带________部分进行测量．20/40(3)下面是本试验数据统计表，请将第2次、第3次……试验中橡皮筋做功填写在对应位置.项目橡皮筋做功10个间距距离x/m10个间距时间T/s小车取得速度vn/(m·s－1)小车速度平方v/(m2·s－2)第1次W0.2000.2第2次______0.2800.2第3次______0.3000.2第4次______0.4000.2第5次______0.4500.221/40

(4)从理论上讲，橡皮筋做功Wn

和物体速度vn

改变关系应是Wn∝________，请你依据表中测定数据在如图S5-8所表示坐标系中作出对应图象验证理论正确性．图S5-822/40答案：(1)刻度尺(2)点距均匀(3)2W3W4W5W(4)vn如图S5-9所表示．图S5-9223/40题后反思：1.试验器材选取[对应第(1)题]

只要应用电磁打点计时器打纸带试验，与打点计时器相关器材，如：学生电源、导线、复写纸、纸带必须有，处理纸带时，为测量计时点间距，还应有刻度尺．2．数据处理方法[对应第(2)(3)题](1)纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车取得末速度．(2)因完全相同橡皮筋，拉伸相同长度，故橡皮筋对小车做总功与橡皮筋条数成正比．24/403．利用图象探究物理量间关系[对应第(4)题](1)利用图象探究物理量间关系时，首先确定横、纵坐标轴对应物理量及单位．(2)依据表中数据确定横、纵坐标轴标度．(3)认真描出各坐标点．(4)连线时要注意连线标准，偏离直线较远点要舍去．25/40【考点练透】2．某同学利用如图S5-10所表示装置探究功与速度改变关系．图S5-1026/40A．小物块在橡皮筋作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；

B．在钉子上分别套上2条、3条、4条……一样橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸长度都保持一致，重复步骤(1)，小物块落点分别记为M2、M3、M4……C．测量相关数据，进行数据处理．27/40(1)为求出小物块抛出时动能，需要测量以下物理量中________(填正确答案标号)．A．小物块质量mB．橡皮筋原长xC．橡皮筋伸长量ΔxD．桌面到地面高度hE．小物块抛出点到落地点水平距离L28/40

(2)将几次试验中橡皮筋对小物块做功分别记为W1、W2、W3……小物块抛出点到落地点水平距离分别记为L1

、L2

、L3……若功与速度平方成正比，则应以W为纵坐标、________为横坐标作图，才能得到一条直线．(3)若小物块与桌面之间摩擦不能忽略，则由此引发误差属于________(填“偶然误差”或“系统误差”)．29/4030/40

(3)因为仪器本身不准确，或试验方法粗略，或试验原理不完善而产生误差属于系统误差．试验中因为小物块与桌面之间摩擦不能忽略而引发误差属于系统误差．答案：(1)ADE(2)L2(3)系统误差31/40考点3试验改进与创新

⊙重点归纳

1．试验器材改进，使用拉力传感器和速度传感器32/40图S5-112．试验方案改进(1)利用自由落体运动探究功和动能关系．

(2)研究小车以不一样初速度沿粗糙水平面滑动距离，得出小车初动能大小与克服摩擦力做功情况，也可探究动能定理．这时必须确保小车与水平面上各处之间动摩擦因数相同．33/40⊙典例剖析例3：某学习小组利用如图S5-12所表示装置验证动能定理．图S5-1234/40(1)将气垫导轨调至水平，安装好试验器材，从图中读出两光电门中心之间距离x＝________cm.

(2)测量挡光条宽度d，统计挡光条经过光电门1和2所用时间Δt1

和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到拉力F，为了完成试验，还需要直接测量一个物理量是：________.

(3)该试验是否需要满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器总质量？________(填“是”或“否”)．答案：(1)50.00(2)滑块、挡光条和拉力传感器总质量M(3)否35/40题后反思：1．试验器材创新[对应题干部分](1)利用气垫导轨替换长木板，试验中无须再平衡滑块摩擦力．(2)利用光电门测量滑块运动速度更准确．(3)利用力传感器测量细绳拉力更方便．36/402．试验原理创新[对应第(2)题]

(1)试验研究滑块经过两光电门之间过程中合外力做功与动能改变量关系，研究对象为滑块、挡光条和拉力传感器组成整体．

(2)因用拉力传感器直接测细绳拉力大小，故无须满足砝码盘和砝码总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器总质量．37/40【考点练透】

3．(年新课标Ⅱ卷)某物理小组对轻弹簧弹性势能进行探究，试验装置如图S5-13所表示：轻弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一物块接触而不连接，纸带穿过打点计时器并与物块连接．向左推物块使弹簧压缩一段距离，由静止释放物块，经过测量和计算，可求得弹簧被压缩后弹性势能．图S5-1338/40(1)试验中包括以下操作步骤：①把纸带向左拉直②松手释放物块③接通打点计时器电源④