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1、2019高考物理新资料总练习学案-实验六探究动能定理第五单元功和能第5节实验六探究动能定理豪r实验理论指导(1) 探究外力对物体做功与物体速度的关系。(2) 会用图像法处理实验数据，通过对实验数据分析，总结 出做功与物体速度平方的关系。二实验原理(1) 采用如图实6 -1所示装置，让小车在橡皮筋作用下弹 出，使小车获得速度后沿木板匀速滑行。当用一条橡皮 筋弹出时对小车做的功记为W那么用两条、三条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放时，实验中橡皮筋对小车 做的功就是 2W 3W橡皮筋图实一61(2) 由于橡皮筋每次实验做的功使小车获得的速度根据打点 计时
2、器打出的纸带得到。当得出假设干组功和速度的数据 后，以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，分别以小车获得的速度v、v2为横坐标，以第 1次实验时的功 W为 单位，用描点法分别作出W v、W v2曲线，分析曲线，得出橡皮筋对小车做的功与小车速度的定量关系。讦实验器材小车(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(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。四实验步骤(1) 按图中所示将实验仪器安装好。(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，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡 皮筋时，纸带打出的点间距均匀，
3、即小车能匀速运动 为止。分别用1条、2条、3条、4条橡皮筋做实验，实验 中橡皮筋拉伸的长度都与第一次相同。这时橡皮筋对 小车做的功分别为 W 2W 3W，标记好每次实验 得到的纸带。五数据处理1.测量小车的速度实验获得如图实- 6-2所示的纸带，为探究|*A.i Aj橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小图实一6-2车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是：Ai、A2间的距离X,小车速度的表达式是V = y（T为打点计时器打点的时间间隔），把实验中得到的纸带分别用同样的方法 处理得到小车的速度，并运算速度的平方，实验数据记录 在下列表格中。橡皮筋条数位移x
4、/m时间t/s速度 v/(m s-1)速度平方v2/(m 2 s-2)2.实验数据的分析在坐标纸上画出 W- v和W- v2图线（“ W以一条橡皮筋做 的功为单位）。讥或沪)图实6 33、实验结论由图像可知功与物体速度变化的关系为W v2。宅注童事项(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阻力平衡。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做匀 速运动，找到木板一个合适的倾角。(2) 测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选 小车做匀速运动时打在纸带上的点。(3) 橡皮筋应选规格一样的且每次拉伸长度一样。力对小 车做的功以一条
5、橡皮筋做的功为单位即可，不必计算 出具体数值。七误差分析(1) 误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋 的拉力做的功W 与橡皮筋的条数不成正比。(2) 没有完全平衡摩擦力(倾角小)或平衡摩擦力过度(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，测量不准确带来误。I八它案设计万案1如图实-64所示，将拉力传感器固定在小车上，拉力传感器可以记录小车受到的拉力大 小，在水平桌面上相距一定距离L的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车通过A B时的速度大小，改变钩码的数量，分别得到对应拉力的功A v2(即vA2 vB2)，也可验证得到 WXA v2的结论。速度传感晋
6、图实一6-4万案2如图实一6-5甲所示将纸带固定在重物上，让纸带穿过电火花计时器或电磁打点计时器。 先用手提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。然后接通电源，松开纸带，让重物自由 下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。得到的纸带如图乙所示。I I甲电火花 计时器 亠图实一6 50点为计时器打下的第 1个点，在纸带上取相等距离的点 A B C,运算得到vA2、vB2、 vC2，重物从 0到A、B、C重力所做的功分别为W 2W 3W 由此，也可验证得W v2的结论。考情案例导析y 一/考査点一对实验原理的考查例1 “探究动能定理”的实验装置如图实一6 6所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时， 橡
7、皮筋对小车做的功记为 W0当用4条、6条、8条完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0 3W0 4W0每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出。打点计时器(1) 关于该实验，以下说法正确的选项是A、打点计时器可以用直流电源供电，电压为46VB实验中使用的假设干根橡皮筋的原长可以不相等C每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功 W依次作出 W vm W vm2 W vm3 W2-vm、W3- vm的图像，得出合力做功与物体速度 变化的关系(2) 如图实一6-7给出了某次在正确操
8、作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得0点到A、B、C D E各点的距离分别为 0A= 5.65cm , 0B= 7.12cm , 0G= 8.78cm , 0D= 10.40cm , OE= 11.91cm。相邻两点打点时间间隔为0.02s，那么小车获得的最大速度vm=m/s。运动方向图实一6-7答案(1)CD(2)0.83考査点二实验数据的处理及误差分析例2某同学用如图实一6-8所示的实验 装置探究小车动能变化与合外力对它所做 功的关系。图中 A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，它II们均置于水平放置的一端带有定滑轮的足够 长的木板上，C为弹
9、簧测力计，不计绳与滑轮图实6 8的摩擦。实验时，先接通电源再松开小车。打点计时器在纸带上打下一系列点。(1) 该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为O点，顺次选取5个点，分别测量这5个点到O之间的距离，并计算出它们与O点之间的速度平方差 v2( v2= v2v02)，填入下表：点迹x/cmv2/(m 2 s 2)O/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23请以 v2为纵坐标，以x为横坐标在图实6 9方格纸中作出 v2 x图像。假设测出小车质量为0.2kg，结合图像可求得小车所受的合外力的大小为 N。图实一69(2) 假设该同学通
10、过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显超出实验误差的正常范围。你认为主要原因是 ，实验操作中改进的措施是。解析(1)根据表中数据在 v2 x坐标系中描点，然后用直线连接各点，如下图。由动能定理得:*m(v2v o2)所以：22F合v 二 m x，由图像得：k = 2.5 ,2F合再由 k=得:m合=km2=0.25 N(2)测力计测的是细绳的拉力，小车还受到水平向左的 摩擦力，因此小车受的合力小于测力计的读数。在木 板左端垫上一个小木块，使左端稍微高一点，以平衡 摩擦力。答案(1)图像见解析0.25(2)小车滑行时所受摩擦阻力较大使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力 考査点三H创新实验设计例
11、3在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系,采用了如图实一6 10甲所示的“探究物体加速度与物体质量、受力之间关系”的实验装置。打点计时器滑块 纸带细线滑轮长木板水平实恵台钩码ABCDE 11t:t+dtd:d1 An 1Ax?丨r g 1A砧乙图实一6 10(1) 实验时，该同学想用钩码的重力表示滑块受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是 和。(2) 如图乙所示是实验中得到的一条纸带，其中A B、C、D、E、F是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T,相邻计数点间距离已在图中标出，测出滑块的质量为 M钩码的总质量为
12、从打B点到打E点的过程中，为达到实验目的，该同学应该寻找 和之间的数值关系(用题中和图中的物理量符号表示)。解析(1)只有钩码的总质量远小于滑块质量且平衡摩擦 力才能实现钩码的重力近似等于滑块所受合力。实验的目的就是探究恒力做功和物体动能变化之间的关系，从 B至U E,恒力做功即 mg( &2+ AX3+ AX4)，动能、八 1AX4 + 从5 2 1AX1 + AX2 2 匕= 宀心变化2M(一2T 5)2 2M(2T 2)2，所以需要寻找它们之间的关系。答案(1)保证钩码的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(2) mg( A(2 + AX3 + A(4)1 AX4+ AX5 2 1 AX1
13、+ AX2 22M(2T 5) 2M(2T 2)每课一测1、关于“探究动能定理”的实验，以下表达正确的选项是()A、每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C放小车的长木板应该尽量使其水平D先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出解析：本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，A不正确；每次实验橡皮筋伸长的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，B不正确；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，平衡掉摩擦力才能减小误
14、 差，C不正确；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋 的作用下弹出，D正确。答案：D2、探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图实一6- 11所示，实验主要过程如下：(1) 设法让橡皮筋对小车做的功分别为W 2W 3W(2) 分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度Vi、V2、V3(3) 作出W v草图；(4) 分析 W v图像。如果 W v图像是一条直线，说明 Wv;如果不是直线，可考虑是 否存在Wv2、W v3、W v等关系。以下关于该实验的说法中有一项不.正确，它是 。A、本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W 2W 3W所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为 W用2条、3条橡皮筋并在一起进行第2次、第3次实验时，橡皮筋对小车做
