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1、高三物理 学案 编制 李彬 审核 高三二部物理老师实 验 五探 究 动 能 定 理一、实验目的1探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。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。二、实验器材小车(前面带小钩)、100200 g砝码、长木板及两侧适当的对称位置钉两个铁钉、打点计时器及纸带、学生电源及导线(若使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的橡皮筋、刻度尺。突破点(一)实验原理与操作典例1某实验小组用如“实验图示记心中”所示装置“探究功与物体速度变化的关系”。(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力，应该采用下面所述方法中的_(填入选项前的字母代号)。A逐步调节木板的倾斜程度，
2、让小车能够自由下滑B逐步调节木板的倾斜程度，让小车在橡皮筋作用下开始运动C逐步调节木板的倾斜程度，给小车一初速度，让其拖着纸带匀速下滑D逐步调节木板的倾斜程度，让拖着纸带的小车自由下滑(2)如图所示是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带，已知打点计时器连接的电源的频率为50 Hz，则橡皮筋恢复原长时小车的速度为_ m/s(结果保留三位有效数字)。 由题引知要点谨记1.实验原理的理解对应第(1)题(1)为使橡皮筋的拉力所做的功为合外力对小车所做的功，必须平衡小车的摩擦力。(2)利用小车拖着纸带，小车匀速运动则摩擦力才算被平衡，此操作一是可通过纸带观察小车是否匀速，二是可同时平衡纸带运动所受的阻力
3、。2.利用纸带确定小车的末速度对应第(2)题(1)橡皮筋恢复原长时小车已匀速，故应利用纸带上间距相等的部分计算小车速度。(2)利用v计算小车的速度，为减小测量误差，所选的范围应尽量长些，如本题可选BE段。(3)注意刻度尺的精度、估读及单位，注意对结果有效数字的要求。 集训冲关1(2017湖南四校联考)某实验小组要探究力对物体做的功与物体获得的速度的关系，选取的实验装置如“实验图示记心中”所示。(1)实验时，在未连接橡皮筋时将木板的左端用小木块垫起，使木板倾斜合适的角度，打开打点计时器，轻推小车，最终得到如图甲所示的纸带，这样做的目的是_。(2)在正确操作的情况下，打在纸带上的点并不都是均匀分布
4、的，为了计算小车获得的速度，应选用图乙纸带的_(填“AF”或“FI”)部分。(3)小车在一条橡皮筋的作用下由某位置静止弹出，沿木板滑行，当小车的速度最大时，橡皮筋对小车做的功为W。再用完全相同的2条、3条、n条橡皮筋作用于小车上，每次在_(填“相同”或“不相同”)的位置由静止释放小车，使橡皮筋对小车做的功分别为2W、3W、nW。(4)分析打点计时器打出的纸带，分别求出小车每次获得的最大速度v1、v2、v3、vn，作出Wv图像。则下列符合实际的图像是_(填字母序号)。2(2014天津高考)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码
5、的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图所示。(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些_。(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个_(填字母代号)。A避免小车在运动过程中发生抖动B可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数
6、目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法：_。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的_(填字母代号)。A在接通电源的同时释放了小车B小车释放时离打点计时器太近C阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力突破点(二)数据处理与误差分析典例2如“实验图示记心中”所示装置，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形。橡皮筋对小车做的功记为W。当把2条、3条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行
7、第2次、第3次、n次实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打出点的纸带测出。(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有_；(2)平衡摩擦后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量；(3)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次、n次实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置，并计算vn及vn2，填入下表：橡皮筋做的功10个间距的距离x(m)10个间距的时间T(s)小车获得的速度vn(m/s)小车速度的平方vn2(m2/s2)第1次W0.2000.2第2次0.2800.2第3次0.3000.2第4次0.
8、4000.2第5次0.4500.2(4)从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn_，请你根据表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图像验证理论的正确性。功vnvn2第1次W1.01.00第2次2W1.401.96第3次3W1.502.25第4次4W2.004.00第5次5W2.255.06由题引知要点谨记1.实验器材的选用对应第(1)题应用电磁打点计时器打纸带的实验时，与打点计时器相关的器材，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.数据处理的方法对应第(2)(3)题(1)纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的末速
9、度。(2)因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的长度，故橡皮筋对小车做的总功与橡皮筋条数成正比。3.利用图像探究物理量间的关系对应第(4)题(1)利用图像探究物理量间的关系时，首先确定横、纵坐标轴对应的物理量及单位。(2)根据表中数据确定横、纵坐标轴的标度。(3)认真描绘各坐标点。(4)连线时要注意连线原则，偏离直线较远的点要舍去。 集训冲关3.“在探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图甲)：(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(2)图乙是实验中获得的一条
10、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50 Hz，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)。4(2017湖州模拟)某同学利用图甲探究力对物体做的功与物体速度的关系，得到了如下表的数据：实验次数12345橡皮筋条数13457小车速度v/(ms1)0.711.231.421.581.87(注：每条橡皮筋拉长的长度都一样)(1)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为W0，在图乙中大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v关系的图像。(2)由图像大致可判断出W与v的关系可能是_。5(2017深圳模拟)某同学用如图甲所示装置来探究“动能定理”，得到一条如图乙所
11、示的纸带，O点为第一个点，并在纸带清晰段依次标记了A、B、C三个点，用毫米刻度尺测得各点到O点的距离如图，重物质量m1.00 kg。(1)电火花打点计时器应选择以下哪种电源_。A46 V、50 Hz交流电源B220 V、50 Hz交流电源(2)从O点到B点，重物的重力做功W重_J，动能的增加量Ek_J。(g取10 m/s2，以上计算结果均保留三位有效数字)突破点(三)实验的改进与创新典例3某学习小组利用如图所示的装置验证动能定理。(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离x_cm；(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间t1和t2，并从拉力
12、传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是_；(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？_(填“是”或“否”)。 由题引知要点谨记1.实验器材的创新对应题干部分(1)利用气垫导轨替代长木板，实验中不必再平衡滑块的摩擦力。(2)利用光电门测量滑块运动的速度更准确。(3)利用力传感器测量细绳的拉力更方便。2.实验原理的创新对应第(2)、(3)题(1)实验研究滑块通过两光电门之间的过程中合外力做功与动能改变量的关系，研究对象为滑块、挡光条和拉力传感器整体。(2)因用拉力传感器直接测细绳拉力大小，故不必满足砝码盘和砝码的总质量远小
13、于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。 集训冲关6(2017邵阳月考)气垫导轨工作时，空气从导轨表面的小孔喷出，在导轨表面和滑块内表面之间形成一层薄薄的空气层，使滑块不与导轨表面直接接触，故滑块运动时受到的阻力大大减小，可以忽略不计。为了探究做功与物体动能之间的关系，在气垫导轨上放置一带有遮光片的滑块，滑块的一端与轻弹簧相接，弹簧另一端固定在气垫导轨的一端，将一光电门P固定在气垫导轨底座上适当位置(如图1)，使弹簧处于自然状态时，滑块上的遮光片刚好位于光电门的挡光位置，与光电门相连的光电计时器可记录遮光片通过光电门时的挡光时间。实验步骤如下：用游标卡尺测量遮光片的宽度d；在气垫导轨上适当位置标记一点A(图中未标出，AP间距离远大于d)，将滑块从A点由静止释放。由光电计时器读出滑块第一次通过光电门时遮光片的挡光时间t；利用所测数据求出滑块第一次通过光电门时的速度v；更换劲度系数不同而自然长度相同的弹簧重复实验步骤，记录弹簧劲度系数及相应的速度v，如下表所示：弹簧劲度系数k2k3k4k5k6kv(m/s)0.711.001.221.411.581.73v2(m2/s2)0.501.001.491.992.502.99v3(m3/s3)0.36
