《三年高考两年模拟高考物理新课标一轮复习课件第6章第5讲实验探究动能定理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三年高考两年模拟高考物理新课标一轮复习课件第6章第5讲实验探究动能定理（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、课标版 物理,第5讲实验_探究动能定理,实验目的 1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系。 2.通过实验数据分析,总结出做功与物体速度平方的正比关系。 实验原理 1.不是直接测量对小车做的功,而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做的功W、2W、3W。 2.由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据。,3.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出W-v图线,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。 实验器材 小车(前面带小钩)、100200 g的砝码、长木板(
2、两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、学生电源(使用电火花计时器不用学生电源)、导线、56条等长的橡皮筋、刻度尺。 实验步骤 1.按如图所示将实验仪器安装好。同时平衡摩擦力。,2.先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1,设此时橡皮筋对小车做的功为W1,将这一组数据记入表格。 3.用2条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同,这样橡皮筋对小车做的功为W2,测出小车获得的速度v2,将数据记入表格。 4.用3条、4条橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和速度,记入表格。,数据处理 1.测量小车的速度:实验获得如图所示的纸带,为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关
3、系,需要测量弹力做功结束时小车的速度,即小车做匀速运动的速度,应在纸带上测量的物理量是(用字母表示):A1、A2间的距离x,小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v=(T为打点计时器的打点时间间 隔)。 2.实验数据记录,3.实验数据处理及分析:在坐标纸上画出W-v和W-v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。 4.实验结论:从图像可知功与物体速度变化的关系Wv2。,误差分析 1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。 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.利用打上点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。 注意事
4、项 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,从而找到木板一个合适的倾角。 2.测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的。 3.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。 4.小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些。,考点一实验器材和实验原理 典例1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,另外他们还找到了学生电源、导线、复写纸、纸带、滑块、细沙。当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑
5、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)你认为还需要的实验器材有。 (2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是,实验时首先要做的步骤是。,(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M。往沙桶中装入适量的细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量m。让沙桶带动滑块加速运动,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和这两点的速度大小v1与v2(v1v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为(用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)。 答案(1)天平、刻度尺 (2)沙和沙桶的总
6、质量远小于滑块的质量平衡摩擦力 (3)mgL=M-M 解析(1)测量滑块的质量及沙和沙桶的总质量得用到天平,而对纸带进 行数据处理要用到刻度尺。,(2)平衡摩擦力以后,由牛顿第二定律可求出,滑块受到的合力F= ,可见只有mM时,F才基本等于mg。 (3)对滑块来说,合外力做的功W=mgL 此过程中动能的增加量Ek=M-M 故最终要验证的“动能定理”表达式为:mgL=M-M。 1-1在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材:A.电磁打点计时器;B.天平;C.停表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细线、砝码、小车、砝码盘;H.薄木板。 (1)其中多余的器材是,缺少的器材
7、是。,(2)测量时间的工具是;测量质量的工具是。 (3)图是打点计时器打出的小车(质量为m)在恒力F作用下做匀加速直线运动的纸带。测量数据已用字母表示在图中,打点计时器的打点周期为T。请分析,利用这些数据能否验证动能定理?若不能,请说明理由;若能,请说出做法,并对这种做法作出评价。 答案(1)C、E毫米刻度尺(2)电磁打点计时器天平 (3)见解析,解析(1)计算小车速度是利用打上点的纸带,故不需要停表。电磁打点 计时器应使用低压交流电源,故多余的器材是C、E。 测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺,故缺少的器材是毫米刻度尺。 (2)测量时间的工具是电磁打点计时器,测量质量的工具是天平。 (3)能
8、,从A到B的过程中,恒力做的功为WAB=FxAB 物体动能的变化量为 EkB-EkA=m-m=m()2-m()2=m 只要验证FxAB=m即可。 优点:A、B两点的距离较远,测量时的相对误差较小; 缺点:只进行了一次测量验证,说服力不强。,考点二实验数据处理和误差分析 典例2(2015江西南昌一模,23)某实验小组用图甲实验装置探究合力做功与动能变化的关系。铁架台竖直固定放置在水平桌面上,长木板一端放置在水平桌面边缘P处,另一端放置在铁架台竖直铁杆上,使长木板倾斜放置,长木板P处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时的挡光时间。,甲,实验步骤是: 用游标卡尺测出滑块上挡光片的宽度L,用
9、天平测量滑块的质量m。 平衡摩擦力:以木板放置在水平桌面上的P处为轴,调节长木板在铁架台上的放置位置,使滑块恰好沿木板向下做匀速运动。在铁架台竖直杆上记下此位置Q1,用刻度尺测出Q1到水平面的高度H。 保持P位置不变,长木板一端放置在铁架台竖直杆Q2上。用刻度尺量出Q1Q2的距离h1,将滑块从Q2位置由静止释放,由光电门计时器读出挡光片的挡光时间t1。 保持P位置不变,重新调节长木板一端在铁架台上的放置位置,重复步骤数次。,.滑块沿长木板由Q2运动到P处的过程中,用测量的物理量回答下列问题(已知重力加速度为g): (1)滑块通过光电门的速度v=; (2)滑块动能的变化量Ek=; (3)滑块克服
10、摩擦力做的功Wf=; (4)合力对滑块做的功W合=。 .某学生以长木板在铁架台竖直杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标,以滑块的挡光片通过光电门的挡光时间平方的倒数为纵坐标,根据测量 数据在坐标中描点画出如图乙所示直线,直线延长线没有过坐标原点,其原因主要是。,乙 答案.(1)(2)(3)mgH(4)mgh1 .平衡摩擦力倾角过大 解析.(1)实验中用挡光片通过光电门的平均速度作为滑块通过光电 门的瞬时速度:v=。(2)滑块动能的变化量Ek=mv2-0=。(3)摩擦力,被平衡时=tan =,x是P到铁架台的水平距离,滑块从Q2下滑时克服摩擦 力做的功Wf=mg cos =mg(h1+H)=mg
11、H。(4)合力对滑 块做的功W合=WG-Wf=mg(h1+H)-mgH=mgh1。 .由题图知h=0时0,则表明平衡摩擦力时长木板倾角过大。 2-1某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图,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拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm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。,(1)实验主要步骤如下: 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;正确连接所需电路;,将小车停在C点,小车在细线
12、拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。 在小车中增加砝码,或,重复的操作。 (2)表1是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量之和,|-|是 两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量E,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E3=,W3=。(结果保留三位有效数字),表1数据记录表,(3)根据表1,请在图中的方格纸上作出E-W图线。 答案(1)小车释放小车改变钩码数量 (2)0.6000.610 (3)如图所示,解析E3=M(|-|)=0.5002.40 J=0.600 J W3=F3s=1.220.500 J=0.610 J。,考点三
13、实验的改进与创新 典例3(2015河北保定调研,23)图甲所示的装置可用来探究做功与速度变化的关系。倾角为的斜面体固定在实验台上,将光电门固定在斜面体的底端O点,将小球从斜面上的不同位置由静止释放。释放点到光电门的距离d依次为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm。 (1)用螺旋测微器测量小球的直径,如图乙所示,小球的直径D=cm。,(2)该实验(选填“需要”或“不需要”)测量小球质量;小球通过光电门经历的时间为t,小球通过光电门的速度为(填字母),不考虑误差的影响,从理论上来说,该结果(选填“”或“=”)球心通过光电门的瞬时速度。 (3)为了探究做功与速度变化的
14、关系:依次记录的实验数据如下表所示。,从表格中数据分析能够得到关于“做功与速度变化的关系”的结论是 。 答案(1)0.562 6(0.562 40.562 8之间均对) (2)不需要 (3)合外力做功与小球通过光电门时速度的平方成正比(或者释放点到光电门的距离d与小球通过光电门时速度的平方成正比) 解析(1)螺旋测微器的读数为D=(5.5+12.60.01) mm=5.626 mm=0.562 6 cm。(2)根据动能定理有mgd sin =mv2,消去m得gd sin =,所以该实验 不需要测量小球的质量;小球通过光电门的速度为v=。小球沿斜面做匀,加速直线运动,小球通过光电门的速度可以看做
15、t时间内中间时刻的速度,不考虑误差的影响,球心通过光电门的速度可以看做D位移内中点的速度,由匀变速直线运动的规律,可以判定中点的速度大于中间时刻的速度。(3)分析表中数据可得出结论:合外力做功与小球通过光电门时速度的平方成正比(或者释放点到光电门的距离d与小球通过光电门时速度的平方成正比),3-1(2015湖北武汉武昌调研,22)如图所示,上、下两个完全相同的圆弧轨道分别固定在竖直板上的不同高度处,轨道的末端水平,上轨道可上下平移,在两轨道相对于各自轨道末端高度相同的位置上各安装一个电磁铁,两个电磁铁由同一个开关控制,通电后,两电磁铁分别吸住相同小铁球A、B,断开开关,两个小球同时开始运动。离
16、开圆弧轨道后,A球做平抛运动,B球进入一个光滑的水平轨道,则:,(1)B球进入水平轨道后将做运动;改变上轨道的高度,多次重复上述实验过程,总能观察到A球正好砸在B球上,由此现象可以得出的结论是: 。 (2)某次实验恰按图示位置释放两个小球,两个小球相碰的位置在水平轨道上的P点处,已知固定在竖直板上的方格纸的正方形小格边长均为9 cm,则可计算出A球刚到达P点时的速度大小为m/s。(g取10 m/s2,结果保留两位有效数字) 答案(1)匀速(或匀速直线)A球(或平抛运动)的水平分运动是匀速直 线运动(2)4.5 解析(1)观察到A球正好砸在B球上,说明两球在水平方向上,在相等的时,间内,运动的位移相等,又因为B球进入水平轨道后做匀速直线运动,从而说明A球(或平抛运动)的水平分运动是匀速直线运动。(2)由平抛运动规律有:x=v0t,h=gt2,有:v0=x;由动能定理有:mv2=m+mgh,联立可得:v= =4.5 m/s。,
