物理第六章 機(jī)械能 第5講 實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理

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1、第5講實(shí)驗(yàn)：探究動(dòng)能定理知識(shí)梳理知識(shí)梳理實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置橡皮筋、小車(chē)、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘?shù)?。?shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟用一條橡皮筋拉小車(chē)用一條橡皮筋拉小車(chē)做功做功W0;用兩條橡皮筋拉小車(chē)用兩條橡皮筋拉小車(chē)做功做功2W0;用三條橡皮筋拉小車(chē)用三條橡皮筋拉小車(chē)做功做功3W0;測(cè)出每次小車(chē)獲得的速度測(cè)出每次小車(chē)獲得的速度;分別用各次實(shí)驗(yàn)的分別用各次實(shí)驗(yàn)的v和和W繪出繪出v-W,v2-W,v3-W,-W關(guān)系圖關(guān)系圖;找出v與W間的關(guān)系W=mv2。12v121.(多選)在“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)是用下面的方法和器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的:放在長(zhǎng)木板上的小車(chē),由靜止開(kāi)始在幾條完全相同的橡皮筋的作用下沿木板運(yùn)動(dòng)

2、,小車(chē)?yán)瓌?dòng)固定在它上面的紙帶,紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。關(guān)于這一實(shí)驗(yàn),下列說(shuō)法中正確的是()A.長(zhǎng)木板要適當(dāng)傾斜,以平衡小車(chē)運(yùn)動(dòng)中受到的阻力B.重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),雖然用到橡皮筋的條數(shù)不同,但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度相同C.利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車(chē)的速度時(shí),應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最密集的部分進(jìn)行計(jì)算D.利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車(chē)的速度時(shí),應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最均勻的部分進(jìn)行計(jì)算ABD答案答案ABD在本題的實(shí)驗(yàn)中,由于小車(chē)在運(yùn)動(dòng)中受到阻力(摩擦力和紙帶的阻力),所以要使長(zhǎng)木板適當(dāng)傾斜,以平衡小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的阻力。重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí),為了使橡皮筋對(duì)小車(chē)所做的功與它的條數(shù)成正比,所以用到橡皮筋的條數(shù)雖然不同,但每次應(yīng)使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)

3、度相同。利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車(chē)的速度時(shí),由于要計(jì)算的是小車(chē)不受橡皮筋的彈力后勻速運(yùn)動(dòng)的速度,所以應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)最均勻的部分進(jìn)行計(jì)算,故A、B、D選項(xiàng)是正確的。2.某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能定理”。如圖,他們將拉力傳感器固定在小車(chē)上,用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連,用拉力傳感器記錄小車(chē)受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器,記錄小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)的速度大小。小車(chē)中可以放置砝碼。(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下:測(cè)量小車(chē)小車(chē)和拉力傳感器的總質(zhì)量M1;把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上,另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連;正確連接所需電路。將小車(chē)停在

4、C點(diǎn),由靜止釋放小車(chē)由靜止釋放小車(chē),小車(chē)在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng),記錄細(xì)線拉力及小車(chē)通過(guò)A、B時(shí)的速度。在小車(chē)中增加砝碼,或減少鉤碼數(shù)減少鉤碼數(shù),重復(fù)的操作。(2)下表是他們測(cè)得的一組數(shù)據(jù),其中M是M1與小車(chē)中砝碼質(zhì)量之和,|-|是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差,可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量E,F是拉力傳感器受到的拉力,W是F在A、B間所做的功。表格中的E3=0.600,W3=0.610。(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)22v21v次數(shù)M/kg|-|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.22

5、0W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.4322v21v(3)根據(jù)圖表,請(qǐng)?jiān)趫D中的方格紙上作出E-W圖線。答案答案(1)小車(chē)由靜止釋放小車(chē)減少鉤碼數(shù)(2)0.6000.610(3)如圖所示解析解析(1)略。(2)由表中數(shù)據(jù)得E3=M|-|=0.600JW3=FL=0.610J(3)略。1222v21v深化拓展深化拓展考點(diǎn)考點(diǎn)探究動(dòng)能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)探究動(dòng)能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)深化拓展深化拓展考點(diǎn)探究動(dòng)能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)考點(diǎn)探究動(dòng)能定理應(yīng)注意的事項(xiàng)1.平衡摩擦力平衡摩擦力:將木板一端墊高,使小車(chē)重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。方法是輕推小車(chē),由

6、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車(chē)是否勻速運(yùn)動(dòng),從而找到木板合適的傾角。2.選點(diǎn)測(cè)速選點(diǎn)測(cè)速:測(cè)小車(chē)速度時(shí),紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的,對(duì)應(yīng)小車(chē)處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。3.規(guī)格相同規(guī)格相同:橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的。力對(duì)小車(chē)做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可,不必計(jì)算出具體數(shù)值。1-1(2017北京理綜,21,18分)如圖1所示,用質(zhì)量為m的重物通過(guò)滑輪牽引小車(chē),使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況。利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。圖1(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是B(選填選項(xiàng)前的字母)。A.直流電源B.交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正確操作方法是A(

7、選填選項(xiàng)前的字母)。A.把長(zhǎng)木板右端墊高B.改變小車(chē)的質(zhì)量在不掛重物且B(選填選項(xiàng)前的字母)的情況下,輕推一下小車(chē)。若小車(chē)拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng),表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。A.計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B.計(jì)時(shí)器打點(diǎn)(3)接通電源,釋放小車(chē),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O。在紙帶上依次取A、B、C若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T(mén)。測(cè)得A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3,如圖2所示。圖2實(shí)驗(yàn)中,重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量,可認(rèn)為小車(chē)所受的拉力大小為mg。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中,拉力對(duì)小車(chē)做的功W=mgx2,打B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度v=。312xxT(4)以v2為縱

8、坐標(biāo),W為橫坐標(biāo),利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖3所示的v2-W圖像。由此圖像可得v2隨W變化的表達(dá)式為 v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1。根據(jù)功與能的關(guān)系,動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子;分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系,與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是質(zhì)量質(zhì)量。圖3(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的條件,則從理論上分析,圖4中正確反映v2-W關(guān)系的是A。圖4312xxT答案答案(1)B(2)AB(3)mgx2(4)v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1質(zhì)量(5)A解析解析本題考查“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)。(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源。(2)

9、把長(zhǎng)木板右端墊高,利用小車(chē)的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力;在不掛重物且計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的情況下,小車(chē)沿斜面能勻速運(yùn)動(dòng),表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響。(3)W=Fs=mgx2,vB=。(4)由圖知,圖線為一條縱截距為零、斜率k=(4.55.0)m2s-2J-1的直線,其函數(shù)表達(dá)式為v2=kW。根據(jù)動(dòng)能定理W=mv2得v2=W,故斜率k=,與質(zhì)量有關(guān)。(5)根據(jù)功能關(guān)系有W=(M+m)v2,所以v2=W,v2W,圖A正確。ACACt312xxT122m2m122Mm1-2探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系,實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有平衡摩擦力的步驟,并且設(shè)法讓橡皮筋

10、對(duì)小車(chē)做的功以整數(shù)倍增大,即分別為W0、2W0、3W0、4W0甲實(shí)驗(yàn)中首先通過(guò)調(diào)整木板傾斜程度平衡摩擦力,目的是C(填寫(xiě)字母代號(hào))。A.為了釋放小車(chē)后小車(chē)能做勻加速運(yùn)動(dòng)B.為了增大橡皮筋對(duì)小車(chē)的彈力C.為了使橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功等于合外力對(duì)小車(chē)做的功D.為了使小車(chē)獲得較大的動(dòng)能圖乙是在正確操作情況下打出的一條紙帶,從中截取了測(cè)量小車(chē)最大速度所用的一部分,已知相鄰兩點(diǎn)打點(diǎn)時(shí)間間隔為0.02s,則小車(chē)獲得的最大速度vm=1.22m/s(保留3位有效數(shù)字)。乙?guī)酌瑢W(xué)在實(shí)驗(yàn)中分別得到了若干組橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功W與小車(chē)獲得的最大速度vm的數(shù)據(jù),并利用數(shù)據(jù)繪出了圖丙給出的四個(gè)圖像,你認(rèn)為其中正確的是D。丙答案答案C1.22D解析解析實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄亢贤饬ψ龉εc物體速度的關(guān)系,平衡摩擦力后,橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功等于合外力對(duì)小車(chē)做的功。橡皮筋對(duì)小車(chē)做功,小車(chē)做加速度變化的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)勻速時(shí),速度最大,vm=m/s=1.22m/s。由W=m知W,D正確。22.44 100.02122mv2mv