《高考物理一轮复习 实验5 探究动能定理课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理一轮复习 实验5 探究动能定理课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验5探究动能定理-2-一、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二次方的正比关系。二、实验原理1.不是直接测量对小车做功,而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W2.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曲线,分析这条曲线,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。-3-三、实验器材小车(前面带小钩)、100200g砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁
2、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。-4-四、实验步骤1.按图所示将实验仪器安装好,同时平衡摩擦力。2.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,这时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。-5-五、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的功和小车速度的关系,需要测量弹力做功
3、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:A1、A2间的距离x,小车速度的表达式是(T为打点计时器打点的时间间隔)。2.记录实验数据:把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。-6-3.数据处理:在坐标纸上画出W-v或W-v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。4.实验结论:从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为Wv2。-7-2.小车运动的速度随时间变化的规律(1)小车运动的v-t图象是一条倾斜的直线,如图所示,当时间增加相同的值t,速度也会增加相同的值v,由此得出结论:小车的速度随时间均匀变化。(2)既然小车的v-t图象是一条倾斜的直线,那么v随t变化的函数
4、关系式为v=kt+b,所以小车的速度随时间均匀变化。-8-六、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.利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。-9-七、注意事项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。力对小车做的功以一条橡
5、皮筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值。这是本实验的技巧之一,这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题,这也是物理实验中常用的一种思想和手段。-10-11-考点一考点二考点三实验原理与操作实验原理与操作例1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v1、v2、v3(3)作出W-v草图;(4)分析W-v图象,如果W-v图象是一条直线,表明Wv;如果不是直线,可考虑是否存在Wv2、Wv3、 等关系。-12-考点一考点二考点三以下关于该实验的说法中有一项不
6、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,橡皮筋对小车做的功分别是2W、3WB.小车运动中会受到阻力,补偿的方法:可以使木板适当倾斜C.某同学在一次实验中得到一条记录纸带。纸带上打出的点,两端密、中间疏。出现这种情况的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小D.根据记录纸带上打出的点,求小车获得的速度的方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算 答案解析解析关闭放开小车之后,小车在橡皮筋的作用下开
7、始加速运动,等到橡皮筋弹力为零之后,小车做匀速直线运动。本实验中测的速度是小车匀速运动的速度,而不是整个过程的平均速度,因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点。 答案解析关闭D-13-考点一考点二考点三解题探究:本实验中测得的速度是小车什么状态下的速度?提示:匀速直线运动。-14-考点一考点二考点三规律总结:1.不直接算W和v的数值,而只看第2次、第3次实验中的W和v是第1次的多少倍,这样可简化数据的测量和处理。2.实验中要通过倾斜木板平衡摩擦力,这与探究加速度与力、质量的关系中平衡摩擦力的方法是一样的。-15-考点一考点二考点三图1数据处理和误差分析数据处理和误差分析例2图1是某研究性
8、学习小组的同学做探究“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。这时,橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次第n次实验时,每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出,图2甲为某次实验中打出的纸带。-16-考点一考点二考点三(1)除了图中已给出的实验器材和电源外,还需要的器材有刻度尺。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的措施是把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力。(3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的,为了测量小车最终获得的末速
9、度,应选用纸带的每相邻两点之间距离相等(或点分布均匀)部分进行测量。-17-考点一考点二考点三(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。-18-考点一考点二考点三从理论上讲,橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是,请你运用表中的数据在如图2乙所示的坐标系中作出相应的图象,以验证理论的正确性。-19-考点一考点二考点三答案:(1)刻度尺(2)把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力(3)每相邻两点之间距离相等(或点分布均匀)-20-考点一考点二考点三解析:(1)要计算某点速度的大小,必须要测量纸带上计数点间的距离,除了题图中已给出的实验器材和电源外,还需要的器材是刻度尺。(2)实验时为了
10、使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力。(3)小车最终做匀速运动,因此应选用相邻两计数点间隔相等的部分。-21-考点一考点二考点三规律总结:处理实验数据的方法有平均值法、列表法和图象法,本题主要用了后两种方法处理实验数据。列表法的优点是将数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果和运算是否合理,有助于发现和分析问题,而且列表法还是图象法的基础。图象法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系,并便于找出其中的规律,确定对应量的函数关系。-22-考点一考点二考点三实验的改进与创新实验的改进与创新在高考中,本实
11、验易于和其他力学知识结合考查,出题方式灵活,往往在教材实验基础上创设新情境。因此,要在夯实教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。-23-考点一考点二考点三-24-考点一考点二考点三-25-考点一考点二考点三-26-考点一考点二考点三例3某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前,提出以下几种猜想:Wv,Wv2, ,他们的实验装置如图甲所示,PQ为一块倾斜放置的木块,在Q处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)。在刚开始实验时,有位同学提出,不需要测出物体质量,只需测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数即
12、可,大家经过讨论采纳了该同学的建议。(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么?答案:见解析-27-考点一考点二考点三(2)让物体分别从不同高度无初速释放,测出物体从初始位置到速度传感器的距离l1、l2、l3、l4读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1、v2、v3、v4并绘制了如图乙所示的l-v图象。根据绘制出的l-v图象,若为了更直观地看出l和v的变化关系,他们下一步应该作出(A)-28-考点一考点二考点三(3)本实验中,木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果?答案:不会解题探究:物体从斜面滑下,合力做功与动能增量表达式分别是怎样的?做实验研究问题,从理论上来说,画出的图线最好是直
13、线还是曲线?提示:直线。-29-考点一考点二考点三解析:(1)因为W=Ek,而W=mg(sin-cos)l,Ek= 等式两边都有m,所以探究W与v的关系时可以不用测量质量m。(2)由于题图乙是关于“l-v”的图象,该图象为曲线,不便于直观地看出l和v的变化关系,所以,下一步应作出“l-v2”的图象,应选A。(3)在实验中,由于物体在斜面上运动时,所受的合力是确定的,即F合=mg(sin-cos),所以摩擦力的大小不会影响l和v的关系。-30-考点一考点二考点三规律总结:解决创新探究实验试题的基础是熟练掌握考试说明要求的物理实验,重点是基本实验器材的使用方法和实验中体现的物理思想,例如平衡摩擦力
14、的方法、用重力代替拉力的方法、控制变量的方法、累积法测量微小量的方法、图象探究物理量关系的方法、微小量放大测量的方法、平均值减小误差的方法等。解决创新探究实验试题的关键是能将学过的实验知识和方法在不同的情境下迁移应用,这对同学的综合分析问题并能运用所学知识解决问题的能力提出了较高的要求。-31-123451.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。(1)若要完成该实验,必需的实验器
15、材还有刻度尺、天平(包括砝码)。-32-12345(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D(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更清晰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办法:可在小车上加适量的砝码(或钩码)。-33-12345(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功
16、,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CD(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-34-12345解析:(1)根据实验原理,可知需要用天平测量钩码质量;需要刻度尺测量小车位移。(2)细线必须与木板平行,才能使小车受到绳的拉力即为平衡摩擦力后小车受到的合外力,选项D正确。(3)小车运动加速度与合外力大小有关,即 。当用多个钩码牵引小车时,小车的合外力较大,其加速度也较大,所以可用增加小车质量M的方法来减小小车的加速度,故可在小
17、车上加适量砝码(或钩码)。(4)本小题A、B选项不是造成题述误差的原因;如果平衡摩擦力不够,会损失一部分机械能,从而使小车的动能值变小。由于钩码和小车组成的系统一起做匀加速运动,所以钩码也有一定加速度,因此钩码的重力大于细绳拉力。-35-123452.在“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验中(装置如图甲):甲(1)下列说法哪一项是正确的C。(填选项前的字母)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-36-12345(2)图乙是实验中获得的一条纸带的一部分,选取O、A、B、C计数点,已知打点计时器使用
18、的交变电流频率为50Hz,则打B点时小车的瞬时速度大小为0.653m/s(保留三位有效数字)。-37-12345解析:本题考查“探究恒力做功与动能改变的关系”的实验,意在考查考生对该实验的认识。(1)平衡摩擦力时不需要将钩码挂在小车上,选项A错误;为减小系统误差,应选用精密的仪器进行实验,选项B错误;实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放,选项C正确。(2)由题中纸带可知,打B点时小车的瞬时速度为 m/s=0.653m/s。-38-123453.如图甲所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“研究合外力做功与动能变化的关系”的实验:(1)为达到平衡阻
19、力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线(或匀速)运动。-39-12345(2)连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图乙所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为0.2N,小车的质量为0.2kg。-40-12345请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化Ek,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。分析上述数据可知:在实验误差允许的范围内W=Ek,与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为7.710-3kg,实验时该组同学放入托盘中
20、的砝码质量应为0.015kg(g取9.8m/s2,结果保留至小数点后第三位)。-41-12345-42-123454.(2015山东滨州统考)测量滑块在运动过程中所受的合外力是“探究动能定理”实验要解决的一个重要问题。为此,某同学设计了如下实验方案:A.实验装置如图甲所示,一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑的轻质滑轮挂上钩码,用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫起。调整长木板的倾角,直至轻推滑块后,滑块沿长木板向下做匀速直线运动。B.保持长木板的倾角不变,取下细绳和钩码,让滑块沿长木板向下做匀加速直线运动。甲-43-12345请回答下列问题:(1)滑块做匀速直线运动时,打点计时器在纸带上所打出点的
21、分布应该是等间距(或均匀)。(2)滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力大小等于(选填“大于”“等于”或“小于”)钩码的重力大小。乙(3)当滑块沿长木板向下做匀加速直线运动时,某同学打出的一条纸带如图乙所示,用刻度尺测得计数点1、2、3、4到计数起点0的距离分别为3.15cm、12.40cm、27.70cm、49.05cm,由此可得,物体的加速度为6.06m/s2(计算结果保留三位有效数字)。-44-12345(4)若滑块质量为M、钩码质量为m,当打点计时器打下1、3点时滑块的速度分别为v1和v3,1、3两点之间距离为s,重力加速度为g,探究结果的表达式是_(用相应的符号表示)。-45-12345
22、-46-123455.(2015湖南重点中学联考)某同学在实验室用如图甲所示的装置来研究牛顿第二定律和有关做功的问题。甲(1)为了尽可能减小摩擦力的影响,打点计时器最好选用电火花(选填“电磁打点”或“电火花”)计时器,同时需要将长木板的右端垫高,直到在没有沙桶拖动下,小车拖动纸带穿过打点计时器时能做匀速运动。(2)在小车的质量远大于沙和沙桶的总质量条件下,可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力,在控制小车的质量不变的情况下,可以探究加速度与合力的关系。-47-12345(3)在此实验中,此同学先接通打点计时器的电源,再放开纸带,图乙是在m=100g,M=1kg情况下打出的一条纸带,O为
23、起点,A、B、C为过程中的三个相邻的计数点,相邻的计数点之间有四个点没有标出,有关数据如图乙所示,其中hA=42.05cm,hB=51.55cm,hC=62.00cm,则小车的加速度a=0.95m/s2,打B点时小车的速度为vB=1.0m/s。(保留两位有效数字)(4)在此实验中,到打点B时沙和沙桶以及小车所组成的系统克服阻力所做的功的表达式是_。(用上题的符号表示,不要求计算结果)-48-12345解析:(1)电火花计时器摩擦小,误差小;平衡摩擦力后,小车不受拉力时匀速运动。(2)在沙和沙桶的总质量远小于小车质量的条件下,可以认为绳对小车的拉力近似等于沙和沙桶的总重力。探究加速度与合力的关系时,应控制小车的质量不变,改变拉力大小,探究加速度与合力间的关系。
