（江蘇專版）2022年高考物理總復習 第22講 實驗四 探究動能定理講義

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1、（江蘇專版）2022年高考物理總復習 第22講 實驗四 探究動能定理講義 考情剖析 考查內容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 命題難度 實驗、探究： 動能定理 17年 T10—實驗，考查恒力做功 與物體動能變化的關系 探究、推理 B 弱項清單 1.在實驗原理分析上、理解并運用功能關系和動能定理及用準確的物理語言進行描述等方面的掌握不夠； 2.不理解實驗原理；處理實驗數據能力不強等. 實驗儲備一、實驗目的 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 探究功與物體速度

2、變化的關系． 二、實驗原理 通過1根、2根、3根…橡皮筋作用在小車上移動相同的距離，對小車做功應為1W、2W、3W…. 三、實驗器材 打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、橡皮筋、刻度尺、導線兩根． 四、實驗步驟 1．根據實驗原理圖安裝儀器． 2．將紙帶固定在小車上，讓紙帶穿過打點計時器的限位孔，平衡摩擦力． 3．用一根橡皮筋拉小車做功W. 4．用兩根橡皮筋拉小車做功2W；用三根橡皮筋拉小車做功3W. 五、數據處理 1．計算出小車每次獲得的速度； 2．分別用每次的v、W繪出W-v、W-v2、W-v3等關系圖線，直到得出線性關系． 六、實驗結論 W與v之間的關系W＝mv2.

3、 七、誤差分析 1．誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數不成正比． 2．沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差． 3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差． 八、注意事項 1．平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡．方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動，找到木板一個合適的傾角． 2．選點測速：測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的． 3．橡皮筋的選擇：橡皮筋規(guī)格相同時，力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計

4、算出具體數值． 技能優(yōu)化考點1　實驗原理和實驗操作 【典型例題1】　某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當的鉤碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關系．此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、小木塊等．組裝的實驗裝置如圖所示． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)若要完成該實驗，必需的實驗器材還有____________________． (2)實驗開始時，他先調節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行．他這樣做的目的是下列的哪個______(填字母代號)．

5、 A．避免小車在運動過程中發(fā)生抖動 B．可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰 C．可以保證小車最終能夠實現(xiàn)勻速直線運動 D．可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力 (3)平衡摩擦力后，當他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數較少，難以選到合適的點計算小車速度．在保證所掛鉤碼數目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決方法：________________________________． (4)他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些．這一情況可能是下列哪些原因造成的______(填字母代號

6、)． A．在接通電源的同時釋放了小車 B．小車釋放時離打點計時器太近 C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉 D．鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細繩拉力 考點2　數據處理與誤差分析 【典型例題2】　為了探究功與速度變化的關系，現(xiàn)提供如圖所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后沿木板滑行，請思考探究思路并問答下列問題． (打點計時器所接交流電頻率為50 Hz) (1)為了消除摩擦力的影響應采取的措施為______________________． (2)當我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……并起來進行第1次、第2次、第3次……實驗時，每次實驗中

7、橡皮筋拉伸的長度都保持一致，我們把第1次實驗中橡皮筋對小車做的功記為W. 由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點計時器和紙帶測出，如圖所示是其中四次實驗打出的部分紙帶． 試根據以上信息，填寫下表. 次數 1 2 3 4 橡皮筋對小車做的功 W 小車速度v/(m.s－1) v2(m2.s－2) 　　從表中數據可得出結論：________________________________________________________________________. 考點3　實驗的改進與創(chuàng)新 1．實驗器材的改

8、進 用拉力傳感器測量拉力，用速度傳感器測量速度，用光電門計算速度． 2．實驗方案的創(chuàng)新 (1)利用自由落體運動探究功和動能的關系． (2)研究小車以不同的初速度沿粗糙水平面滑動的距離，得出小車的初動能大小與克服摩擦力做功的情況，也可探究動能定理． (3)讓小球從斜面上某高處滾下，然后做平拋運動等． 【典型例題3】　(16年徐州模擬)某同學利用如圖所示的裝置“探究動能定理”．在氣墊導軌上安裝了兩光電門1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過定滑輪與鉤碼相連．實驗時，測出光電門1、2間的距離為L，遮光條的寬度為d，滑塊和遮光條的總質量為M，鉤碼質量為m. (1)完成下列實驗步驟

9、中的填空： A．安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線豎直； B．實驗時要調整氣墊導軌水平，不掛鉤碼和細線，接通氣源，釋放滑塊，如果滑塊____________________________________，則表示氣墊導軌已調整至水平狀態(tài)； C．掛上鉤碼后，接通氣源，再放開滑塊，記錄滑塊通過光電門1的時間t1和通過光電門2的時間t2，若彈簧測力計的示數為F，則要驗證動能定理的表達式為：____________； D．改變鉤碼的質量，重復步驟C，求得滑塊在不同合力作用下的動能變化量ΔEk. (2)對于上述實驗，下列說法正確的是______． A．滑塊的加速度與鉤碼的

10、加速度大小相等 B．彈簧測力計的讀數為滑塊所受合外力 C．實驗過程中鉤碼處于超重狀態(tài) D．鉤碼的總質量m應遠小于滑塊和遮光條的總質量M 當堂檢測　　1.某學習小組做“探究功與速度變化的關系”的實驗如圖甲所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為W.當用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的速度根據打點計時器所打在紙帶上的點進行計算． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 第1題圖甲 (1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、

11、刻度尺和________(選填“交流”或“直流”)電源． (2)實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是(　　) A．放開小車，能夠自由下滑即可 B．放開小車，能夠勻速下滑即可 C．放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可 D．放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可 (3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是(　　) A．橡皮筋處于原長狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長狀態(tài) C．小車在兩個鐵釘的連線處 D．小車已過兩個鐵釘的連線 (4

12、)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的________部分進行測量(根據圖乙所示的紙帶回答)． 第1題圖乙 2．某校物理興趣小組利用如圖甲所示裝置探究合力做功與動能變化的關系．在滑塊上安裝一遮光條，系輕細繩處安裝一拉力傳感器(可顯示出輕細繩的拉力)，把滑塊放在水平氣墊導軌上A處，細繩通過定滑輪與鉤碼相連，光電門安裝在B處．氣墊導軌充氣，將滑塊從A位置由靜止釋放后，拉力傳感器記錄的讀數為F，光電門記錄的時間為Δt. 第2題圖甲 　第2題圖乙 (1)用螺旋測微器測量遮光條的寬度，如圖乙所示，則寬度為________mm. (2)

13、多次改變鉤碼的質量(拉力傳感器記錄的讀數F相應改變)，測得多組F和Δt數據，要得到線性變化圖象，若已知選定F作為縱坐標，則橫坐標代表的物理量為______． A．Δt B．(Δt)2 C. D．()2 (3)若正確選擇橫坐標所代表的物理量后，得出線性變化圖象的斜率為k，且已經測出A、B之間的距離為s，遮光條的寬度為d，則滑塊質量(含遮光條和拉力傳感器)的表達式為M＝____________． 3．如圖甲所示，某組同學借用“探究a與F、m之間的定量關系”的相關實驗思想、原理及操作，進行“研究合外力做功和動能變化的關系”的實驗： 第3題圖甲 第3題圖乙 (1)為達到平

14、衡阻力的目的，取下細繩及托盤，通過調整墊片的位置，改變長木板傾斜程度，根據打出的紙帶判斷小車是否做________運動． (2)連接細繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖乙所示的紙帶．紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1 s的相鄰計數點A、B、C、D、E、F、G.實驗時小車所受拉力為0.2 N，小車的質量為0.2 kg. 請計算小車所受合外力做的功W和小車動能的變化ΔEk.補填表中空格(結果保留至小數點后第四位). O—B O—C O—D O—E O—F W/J 0.0432 0.0572 0.0734 0.0915 ΔEk/J 0.043

15、0 0.0570 0.0734 0.0907 　　分析上述數據可知：在實驗誤差允許的范圍內W＝ΔEk，與理論推導結果一致． (3)實驗前已測得托盤質量為7.7×10－3 kg，實驗時該組同學放入托盤中的砝碼質量應為________kg(g取9.8 m/s2，結果保留至小數點后第三位)． 第22講　實驗四：探究動能定理 技能優(yōu)化 ·典型例題1·(1)刻度尺、天平(包括砝碼) (2)D　(3)可在小車上加適量的砝碼(或鉤碼) (4)CD　【解析】　(1)根據實驗原理可知，需要驗證mgx＝Mv2，同時根據運動學規(guī)律可知，此實驗中需要測量鉤碼質量、小車質量和位移，故

16、還需要的器材有：刻度尺和天平；(2)分析小車受力可知，在平衡摩擦力的基礎上，使細繩與木板平行是為了讓細繩的拉力充當小車所受合外力，故選項D正確；(3)紙帶上打出的點較少，說明小車的加速度過大(即小車過快)，故可知減小鉤碼質量或增加小車質量(在小車上加上適量的砝碼)；(4)在此實驗中，根據牛頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細繩的拉力，而實驗中用重力代替拉力會導致拉力做功大于小車動能增量；如果實驗未平衡或未完全平衡摩擦力也會導致拉力做功大于動能增量，故選項C、D正確． ·典型例題2·　(1)見解析　(2)見解析　【解析】　(1)為了消除摩擦力，應將木板固定有打點計時器的一端墊起適當的高度，使小車在

17、不接橡皮筋時緩慢勻速下滑． (2)由勻速運動的速度公式v＝，可求出小車的速度，其中x可從題圖中讀出，分別為 2．00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm.交流電頻率為50 Hz，故T＝0.02 s. 次數 1 2 3 4 橡皮筋對小車做的功 W 2W 3W 4W 小車速度v/(m·s－1) 1.00 1.42 1.73 2.00 v2(m2·s－2) 1.00 2.02 2.99 4.00 在誤差允許的范圍內，橡皮筋對小車做的功與小車速度的二次方成正比． ·典型例題3·(1)B.能在氣墊導軌上靜止，或能在導軌上做勻速運動，或經

18、過兩個光電門的時間相等；C.FL＝M()2－M()2　(2)B　【解析】　(1)若氣墊導軌水平，則滑塊不掛鉤碼時在氣墊導軌上受的合外力為零，能在氣墊導軌上靜止或做勻速直線運動，即滑塊經過兩個光電門的時間相等．如果滿足FL＝M()2－M()2，則可以驗證動能定理． (2)因為鉤碼向下運動的位移大小為x時，滑塊運動的位移大小就為2x，所以滑塊的加速度大小是鉤碼加速度大小的2倍，選項A錯誤；彈簧測力計的讀數為滑塊所受合外力大小，不需要滿足鉤碼的總質量m遠小于滑塊和遮光條的總質量M，實驗過程中鉤碼處于失重狀態(tài)，所以選項B正確，C、D錯誤． 當堂檢測 1．(1)交流　(2)D　(3)B　(4)GJ

19、 　【解析】　(1)打點計時器使用的是交流電源． (2)平衡摩擦力時，應將紙帶穿過打點計時器，放開拖著紙帶的小車，小車能夠勻速下滑即可，D正確． (3)水平放置木板，放開小車后，小車做加速運動，當橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時，小車的速度最大，此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，B正確． (4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點比較均勻，所以應選用紙帶的GJ段進行測量． 2．(1)2.558　(2)D　(3) 【解析】　(1)根據螺旋測微器讀數規(guī)則，遮光條的寬度d＝2.5 mm＋0.058 mm＝2.558 mm.(2)根據動能定理，F(xiàn)s＝Mv2，v＝，聯(lián)立解得F＝ ()2，選定F作為縱坐標，則

20、橫坐標代表的物理量為()2，D正確．(3)得出線性變化圖象的斜率為k，由k＝解得M＝. 3．(1)勻速直線(或勻速)　 (2)0.1115 0．1105　(3)0.015 【解析】　(1)若已平衡摩擦力，則小車在木板上做勻速直線運動． (2)從紙帶上的O點到F點，W＝F·＝ 0．2×0.5575 J＝0.1115 J，打F點時速度vF＝＝1.051 m/s，ΔEk＝Mv＝×0.2×1.0512 J≈0.1105 J. (3)打B點時小車的速度為vB＝＝ 0．6555 m/s，所以小車的加速度a＝≈0.99 m/s2. 小車所受的拉力F＝(m0＋m)(g－a)，所以盤中砝碼的質量m＝－m0≈ 0.015 kg.