物理專題五 機械能 實驗五 探究動能定理

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1、實驗五探究動能定理實驗準(zhǔn)備實驗?zāi)康?探究外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系2通過實驗數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系實驗原理條數(shù)增加打點計時器探究功與物體動能變化的關(guān)系，可通過改變力對物體做的功，測出力對物體做不同功時物體的速度為簡化實驗可將物體初速度設(shè)置為零，可用如圖 S5-1 所示的裝置進行實驗，通過增加橡皮筋的_使橡皮筋對小車做的功成倍_，再通過_和紙帶來測量每次實驗后小車的末速度 v.圖 S5-1實驗器材打點計時器、紙帶、復(fù)寫紙、小車(帶小鉤)、電源、導(dǎo)線、砝碼、56 條完全相同的橡皮筋、刻度尺、長木板、鐵釘?shù)葘嶒炦^程實驗步驟平衡摩擦力1按如圖 S5-1 所示將實驗儀器安裝

2、好，同時_2先用_條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度 v1，設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為_，將這一組數(shù)據(jù)記入表格1W3用_條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這樣橡皮筋對小車做的功為_，測出小車獲得的速度 v2，將數(shù)據(jù)記入表格22W4用 3 條、4 條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出橡皮筋對小車做的功和小車獲得的速度，記入表格5觀察測得數(shù)據(jù)進行估計，大致判斷兩個量可能的關(guān)系，然后以 W 為縱坐標(biāo)，以 v2(或 v)為橫坐標(biāo)作圖，尋找兩者的關(guān)系實驗結(jié)論從實驗結(jié)果看出，功W與速度v的平方成正比，即Wv2.【基礎(chǔ)檢測】(2017 年槐蔭區(qū)期末)某實驗小組采用如圖 S5-

3、2 所示的裝置“探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”提供的實驗器材：電火花打點計時器及紙帶、沙桶、細(xì)沙、細(xì)線、小車及砝碼、一端帶滑輪的長木板及墊塊圖 S5-2(1)為完成此實驗，還需要的器材是_(填下列儀器前的字母代號)A天平B秒表C毫米刻度尺(2)實驗時，為了方便計算合力的功，使小車所受的合力大小等于沙和沙桶的總重力為此，一方面要消除摩擦力的影響；另一方面還應(yīng)使沙和沙桶的質(zhì)量 _( 填“遠小于”或“遠大于”)小車和砝碼的總質(zhì)量答案：(1)AC (2)遠小于考點1對實驗基本原理和步驟的考查 重點歸納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

4、打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，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(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速直線運動時打的點3規(guī)格相同：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，不必計算出具體數(shù)值 典例剖析例1：某實驗小組用如圖 S5-3 所示裝置“探究功與物體速度變化的關(guān)系”圖 S5-3(1)為平衡小車運動過程中受到的阻力，應(yīng)該采用下面所述方法中的_(填選項前的字母代號)A逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車能夠自由下滑B逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車在橡皮筋作用下開始運動C逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，給小車一初速度，讓拖著紙帶的小車勻速下滑D逐步調(diào)

5、節(jié)木板的傾斜程度，讓拖著紙帶的小車自由下滑(2)圖 S5-4 是該實驗小組在實驗過程中打出的一條紙帶，已知打點計時器連接的電源的頻率為 50 Hz，則橡皮筋恢復(fù)原長時小車的速度為_m/s(計算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)圖 S5-4答案：(1)C (2)1.39(1.381.40 均正確)【考點練透】1(2016 年重慶第一中學(xué)檢測)用如圖 S5-5 甲所示裝置來探究“功和動能變化的關(guān)系”木板上固定兩個完全相同的遮光條 A、B，用不可伸長的細(xì)線將木板通過兩個滑輪與彈簧測力計 C 相連，木板放在安裝有定滑輪和光電門的軌道 D 上，軌道放在水平桌面上，P 為小桶(內(nèi)有沙子)，滑輪質(zhì)量、摩擦不計，重力

6、加速度為 g.甲丙乙圖 S5-5(1)實驗中軌道應(yīng)傾斜一定角度，這樣做的目的是_A為了使釋放木板后，木板能勻加速下滑B為了增大木板下滑的加速度C可使得細(xì)線拉力做的功等于合力對木板做的功D可使得木板在未施加拉力時能勻速下滑(2)用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度，如圖乙所示，則遮光條的寬度 d_cm.(3)實驗主要步驟如下：測量木板、遮光條的總質(zhì)量 M，測量兩遮光條的距離 L；按圖甲正確連接器材將木板左端與軌道左端對齊，靜止釋放木板，木板在細(xì)線拉動下運動，記錄彈簧測力計示數(shù) F 及遮光條 B、A 先后經(jīng)過光電門的時間為 t1、t2.則遮光條 B、A 通過光電門的過程中木板動能的變化量Ek _ ， 合外力

7、對木板做功W _，(用字母 M、t1、t2、d、L、F 表示)在小桶中增加沙子，重復(fù)的操作比較 W、Ek 的大小，得出實驗結(jié)論考點 2實驗數(shù)據(jù)的處理及誤差分析 重點歸納1數(shù)據(jù)分析(1)小車速度的求法：實驗獲得如圖 S5-6 所示紙帶，利用紙帶上點跡均勻的一段測出兩點間的距離，如紙帶上 A、B 兩點圖 S5-6橡皮筋條數(shù)位移s/m時間t/s速度v/(ms1)速度的平方v2/(m2s2) 典例剖析例 2：如圖 S5-7 所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形這時，橡皮筋對小車做的功記為 W.當(dāng)我們把 2 條、3 條完

8、全相同的橡皮筋并在一起進行第 2 次、第 3 次實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出圖 S5-7(1) 除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有_(2)平衡摩擦后，每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進行測量(3)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第 2 次、第 3 次實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置.項目橡皮筋做的功10個間距的距離x/m10個間距的時間T/s小車獲得的速度vn/(ms1)小車速度的平方v/(m2s2)第1次W0.2000.2第2次_0.2800.2第3次_0.3000.2第

9、4次_0.4000.2第5次_0.4500.2(4)從理論上講，橡皮筋做的功 Wn 和物體速度 vn 變化的關(guān)系應(yīng)是 Wn_，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖 S5-8所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性圖 S5-8答案：(1) 刻度尺(2) 點距均勻(3)2W3W4W5W(4)vn如圖 S5-9 所示圖 S5-92題后反思：1.實驗器材的選用對應(yīng)第(1)題只要應(yīng)用電磁打點計時器打紙帶的實驗，與打點計時器相關(guān)的器材，如：學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶必須有，處理紙帶時，為測量計時點間距，還應(yīng)有刻度尺2數(shù)據(jù)處理的方法對應(yīng)第(2)(3)題(1)紙帶上點間距相等部分對應(yīng)橡皮筋松弛后小車獲得的末速度

10、(2)因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的長度，故橡皮筋對小車做的總功與橡皮筋條數(shù)成正比3利用圖象探究物理量間的關(guān)系對應(yīng)第(4)題(1)利用圖象探究物理量間的關(guān)系時，首先確定橫、縱坐標(biāo)軸對應(yīng)的物理量及單位(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)確定橫、縱坐標(biāo)軸的標(biāo)度(3)認(rèn)真描出各坐標(biāo)點(4)連線時要注意連線原則，偏離直線較遠的點要舍去【考點練透】2某同學(xué)利用如圖 S5-10 所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系圖 S5-10A小物塊在橡皮筋的作用下彈出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點記為 M1；B在釘子上分別套上 2 條、3 條、4 條同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長度都保持一致，重復(fù)步驟(1)，小物塊落點

11、分別記為 M2、M3、M4C測量相關(guān)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理(1)為求出小物塊拋出時的動能，需要測量下列物理量中的_(填正確答案標(biāo)號)A小物塊的質(zhì)量 mB橡皮筋的原長 xC橡皮筋的伸長量xD桌面到地面的高度 hE小物塊拋出點到落地點的水平距離 L(2)將幾次實驗中橡皮筋對小物塊做的功分別記為 W1、W2、W3小物塊拋出點到落地點的水平距離分別記為 L1 、L2 、L3若功與速度的平方成正比，則應(yīng)以 W 為縱坐標(biāo)、_為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線(3)若小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于_(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)(3)由于儀器本身不精確，或?qū)嶒灧椒ù致裕驅(qū)嶒炘聿煌晟贫a(chǎn)生

12、的誤差屬于系統(tǒng)誤差實驗中由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略而引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差答案：(1)ADE (2)L2(3)系統(tǒng)誤差考點 3實驗的改進與創(chuàng)新 重點歸納1實驗器材的改進，使用拉力傳感器和速度傳感器圖 S5-112實驗方案的改進(1)利用自由落體運動探究功和動能的關(guān)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，也可探究動能定理這時必須保證小車與水平面上各處之間的動摩擦因數(shù)相同 典例剖析例3：某學(xué)習(xí)小組利用如圖 S5-12 所示的裝置驗證動能定理圖 S5-12(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離 x_

13、cm.(2)測量擋光條的寬度 d，記錄擋光條通過光電門 1 和 2 所用的時間t1 和t2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力 F，為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是：_.(3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？ _( 填“是”或“否”)答案：(1)50.00 (2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量 M(3)否題后反思：1實驗器材的創(chuàng)新對應(yīng)題干部分(1)利用氣墊導(dǎo)軌替代長木板，實驗中不必再平衡滑塊的摩擦力(2)利用光電門測量滑塊運動的速度更準(zhǔn)確(3)利用力傳感器測量細(xì)繩的拉力更方便2實驗原理的創(chuàng)新對應(yīng)第(2)題(1)實驗研究滑塊通過兩光電門之

14、間的過程中合外力做功與動能改變量的關(guān)系，研究對象為滑塊、擋光條和拉力傳感器組成的整體(2)因用拉力傳感器直接測細(xì)繩拉力大小，故不必滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量【考點練透】3(2016 年新課標(biāo)卷)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖 S5-13 所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能圖 S5-13(1)實驗中涉及下列操作步驟：把紙帶向左拉直松手釋放物塊接通打點計時器電源向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是_(填代表步驟的序號)(2)圖 S5-14 中 M 和 L 紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結(jié)果打點計時器所用交流電的頻率為 50 Hz.由 M 紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應(yīng)的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為 _m/s. 比較兩紙帶可知，_(填“M”或“L”)紙帶對應(yīng)的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大圖 S5-14答案：(1)(2)1.29 M