《实验微课(五)探究动能定理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验微课(五)探究动能定理（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验微课（五）/探究动能定理【高考导航1考点考级命题点考查频率对实验原理与实验操作的考查（I）命题点：考查实验原理与操作实验数据处理与误差分析（I）命题点1:实验操作与数据处理命题点2：数据处理与误差分析2017北京卷，212017江苏卷，10实验拓展与创新（II）命题点1：测量速度的创新命题点2：实验原理的创新命题点3：实验原理与数据处理的创新2016课标卷II, 222013课标卷II, 22实验要支一、实验目的1通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系2通过实验数据分析，总结出外力做功与物体速度平方的正比关系二、实验原理打点计时器置，直至小车上不挂橡皮筋时，轻推小车，纸带打出的点间距均匀
2、，即小车能匀速运动为止3先用1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q，设此时橡皮 筋对小车做的功为W,将这一组数据记入表格.4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，这时橡皮筋对小车 做的功为2W,测出小车获得的速度v2，将数据记入表格.5.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.五、数据处理1 求小车速度实验获得如图所示纸带，利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上A、xc两点间的距离x,则v=2T（其中t为打点周期）.3.作图象在坐标纸上分别作出W-v和W-v2图线，从中找出功与速度变化的关系.六、误差分析1误差的主要来
3、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.七、注意事项1. 平衡摩擦力时，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，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，即选小车做匀速运动的部分.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
4、 对实验原理与实验操作的考查命题点 考查实验原理与操作1. (2014.天津卷，9(2)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.纸带 接电源(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
5、. 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
6、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【解析】(1)根据实验原理可知，需要验证mgx=Mv2,同时根据运动学规律可知，此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要的器材有：刻度尺和天平；(2)分析小车受力可知，在平衡摩擦力的基础上，使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力，故选项D正确；(3)纸带上打出的点较少，说明小车的加速度过大(即小车过快), 故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量的砝码)；(4)在此实验中，根据牛顿 第二定律可知，钩码的重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于 小车动能增量；如果实验未平衡或未完全
7、平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量，故选 项 C 、D 正确【答案】 (1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D (3)可在小车上加适量的砝码 (或钩码) (4)CD考点二 实验数据处理与误差分析命题点 1 实验操作与数据处理2. (2017北京卷，21)如图1所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木 板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况利用该装置可以完成“探究动能定 理”的实验.U重物石小车纸带打点计吋器图1(1) 打点计时器使用的电源是 (选填选项前的字母).A.直流电源B.交流电源(2) 实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是 (选填选项前的字母).A.把
8、长木板右端垫高B.改变小车的质量在不挂重物且(选填选项前的字母)的情况下，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他阻力的影响.A.计时器不打点B.计时器打点(3) 接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O在纸带上依次取A、B、C若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T.测得A、 B、C各点到O点的距离为X、x2、x3如图2所示.r冬心5:一沁衍图2实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg.从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W= ，打B点时小车的速度v= (4) 以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据
9、作出如图3所示的v2-W图象.由此图象可得 v2 随 W 变化的表达式为 .根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v2 这个因子；分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是 (5) 假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图4中正确反映v2-W关系的是 .ABCD图4【解析】 (1)打点计时器使用交变电流，故应选用交流电源(2) 平衡摩擦力和其他阻力时采用垫高长木板右端，使小车的重力的分力与摩擦力及其 他阻力平衡，阻力包含了打点时振针与纸带之间的摩擦，故需要在打点状态下判断是否达到 平衡要求(3) 由做功公式知：W=mgx2；利
10、用匀变速直线运动中间时刻的速度等于本段时间内的平x x均速度知，B点速度等于AC段的平均速度，v=T-根据图线，关系式写为v2=kW+b,在直线上取两点，如(1.4X10-2007)(8X10-2038), 代入上式，解得k4.7, b0.004,在作图误差允许的范围内，表达式可写为v2=4.7W.把 功的单位用基本单位表示，J=Nm=kgm2s-2，容易得出与图线斜率有关的物理量单位为 kg-1，故与图线斜率有关的物理量应是质量.(5)若重物质量m不满足远小于小车质量M,则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重 力，由 mg = (M+m)a 和 F=Ma, M知 F=M+mrg，由动能定理得：
11、12F2Mg2mv2=Fx，v2= mx=M+mX,而 W= mgx，则实际v2-W图线的斜率=(册十加)加,重物质量m与小车质量M不变，速度虽然增大,但斜率不变，选项A正确.x x【答案】(1)B (2)A B (3)mgx2(4)v2 = 4.7W(4.5W5.0W 均认为正确)质量 (5)A命题点 2 数据处理与误差分析3. (2017江苏卷，10)利用如图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系.小车的质量为M= 200.0 g,钩码的质量为m = 10.0 g,打点计时器的电源为50 Hz的交流电.(1) 挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观
12、察到 .(单位:cm)(2) 挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图所示，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的距离Ax,记录在纸带上.计算打出各 计数点时小车的速度v,其中打出计数点T”时小车的速度v1= m/s.(3) 将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g=9.80 m/s2，利用W=mgAx算出拉力对小 车做的功W.利用Ek=2Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量AEk.计算结果见下表.W/X10-3J2.452.923.353.814.26AE/X10-3Jk2.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在下图中作出AEk-W图象.k(
13、4) 实验结果表明，AEk总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的.用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F= N.【解析】 (1)完全平衡摩擦力的标志是轻推小车，小车做匀速运动，打出纸带间隔相 等两计数点间的时间间隔T= 5X0.02 s = 0.1 sv12T=(2.06+2.50)X0.012X0.1m/s=0.228 m/s.(3) 确定标度，根据给出数据描点作图如图所示(4) 从图线上取两个点(4.5,4.24)，(2.15,2.0)图线的斜率 k=4.242.04.52.150.953又有k= AWk=Me22mgAx 根据运动学公式有v2=2aAx
14、根据牛顿第二定律有F=Ma 由式解得F0.093 N.【答案】 (1)小车做匀速运动 (2)0.228 (3)见解析图(4)0.0931.改变功的大小：采用如图所示的实验装置，用1条，2条，3条，规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W,2W,3W,2.确定速度的大小：小车获得的速度e可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他 方法测出.3寻找功与速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标，小车获得的速度e 为横坐标，作出W-e或W-e1 2图象分析图象，得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得 的速度的定量关系.三、实验器材 小车（前面带小钩）、长木板（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则不用学生电源）、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺.四、实验步骤1. 按原理图将仪器安装好.2. 平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位
