高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動能定理課件

實(shí)驗(yàn)五探究動能定理 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 熱點(diǎn)定位 跟蹤訓(xùn)練 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 理解落實(shí)夯基礎(chǔ) 注意事項(xiàng)1 平衡摩擦力 由于我們用繩的拉力確定對小車做的功 因此應(yīng)設(shè)法排除其他力的影響 實(shí)際操作中是采用把木板的一端墊高 用小車重力的分力和阻力平衡的方法來消除阻力的影響 2 盡量減小小車的加速度 因?yàn)轫来a和小盤拉著小車加速運(yùn)動時(shí) 砝碼和小盤處于失重狀態(tài) 小車受到的拉力小于砝碼和小盤的總重力 為減小這一系統(tǒng)誤差 應(yīng)使小車的加速度盡量小 也就是實(shí)驗(yàn)中必須滿足砝碼和小盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 誤差分析1 實(shí)驗(yàn)中我們把拉力對小車做的功與砝碼和小盤總重力所做的功認(rèn)為是一樣的 但實(shí)際上二者并不相同 這是因?yàn)轫来a和小盤的總重力與繩的拉力是不一樣的 2 在m M時(shí) 細(xì)繩的拉力近似等于砝碼和小盤的總重力 誤差較小 m越大 誤差越大 因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的總質(zhì)量 熱點(diǎn)定位 重點(diǎn)透析通熱點(diǎn) 熱點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)原理和步驟 例1 2016 吉林長春二模 如圖 甲 所示為驗(yàn)證動能定理的實(shí)驗(yàn)裝置 較長的小車的前端固定有力傳感器 能測出小車所受的拉力 小車上固定兩個(gè)完全相同的遮光條A B 小車 傳感器及遮光條的總質(zhì)量為M 小車放在安裝有定滑輪和光電門的光滑軌道D上 光電門可記錄遮光條A B通過它時(shí)的擋光時(shí)間 用不可伸長的細(xì)線將小車與質(zhì)量為m的重物相連 軌道放在水平桌面上 細(xì)線與軌道平行 滑輪質(zhì)量 摩擦不計(jì) 1 用螺旋測微器測遮光條的寬度 如圖 乙 所示 則遮光條的寬度d mm 2 實(shí)驗(yàn)過程中 填 需要 或 不需要 滿足M遠(yuǎn)大于m 3 實(shí)驗(yàn)主要步驟如下 測量小車 傳感器及遮光條的總質(zhì)量M 測量兩遮光條的距離L 按圖 甲 正確連接器材 由靜止釋放小車 小車在細(xì)線拉動下運(yùn)動 記錄傳感器的示數(shù)F及遮光條A B經(jīng)過光電門的擋光時(shí)間tA和tB 則驗(yàn)證動能定理的表達(dá)式為 用字母M F L d tA tB表示 核心點(diǎn)撥 1 對螺旋測微器在讀轉(zhuǎn)動刻度時(shí) 一定要估讀 2 要理解力傳感器示數(shù)與重物重力的關(guān)系 解析 1 根據(jù)螺旋測微器的讀數(shù)規(guī)則 遮光條的寬度d 0 400mm 2 由于實(shí)驗(yàn)中小車的力由力傳感器測出 所以無需M遠(yuǎn)大于m 答案 1 0 400 0 399 0 401均可 2 不需要 方法技巧解決 探究動能定理 實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意點(diǎn) 1 正確理解實(shí)驗(yàn)原理 不同實(shí)驗(yàn)方法測量的量不同 但均是對比外力做功與動能變化的數(shù)值 2 要善于將類似實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行遷移 教師備用 多選 探究動能定理 的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示 當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時(shí) 橡皮筋對小車做的功記為W0 當(dāng)用4條 6條 8條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 第4次 實(shí)驗(yàn)時(shí) 橡皮筋對小車做的功記為2W0 3W0 4W0 每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測出 關(guān)于該實(shí)驗(yàn) 下列說法正確的是 A 本實(shí)驗(yàn)不需要平衡摩擦力B 實(shí)驗(yàn)中使用的若干根橡皮筋的原長可以不相等C 每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出D 利用每次測出的小車最大速度vm和橡皮筋做的功W 依次作出W vm W vm2 W vm3 W2 vm W3 vm 的圖像 直到找出合力做功與物體速度變化的關(guān)系 CD 熱點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 例2 質(zhì)量為1kg的重物自由下落 通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄下運(yùn)動過程 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接電源為 6V 50Hz 的交流電源 如圖 甲 所示 紙帶上O點(diǎn)為重物自由下落時(shí)打點(diǎn)的起點(diǎn) 選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)A B C D E F G依次間隔一個(gè)點(diǎn) 圖中未畫出 各計(jì)數(shù)點(diǎn)與O點(diǎn)的距離依次為31 4 70 6 125 4 195 9 282 1 383 8 501 2 單位為mm 重力加速度為9 8m s2 1 求出B C D E F各點(diǎn)速度填入下表 2 填入重物下落從起點(diǎn)到圖中各點(diǎn)過程中重力所做的功 3 適當(dāng)選擇坐標(biāo)軸 在圖 乙 中作出重力做的功與速度的相關(guān)量之間的關(guān)系圖 圖中縱坐標(biāo)表示 橫坐標(biāo)表示 由圖可得重力所做的功與成關(guān)系 2 計(jì)算重力做功的公式W mg h 2 重力做的功由W mg h求出 WB mg 1 9 8 70 6 10 3J 0 69J 同理WC 1 23J WD 1 92J WE 2 76J WF 3 76J 3 如圖所示 答案 1 1 181 571 962 352 74 2 0 691 231 922 763 76 3 關(guān)系圖見解析重力做的功WG速度的二次方v2速度的二次方v2正比 教師備用 2016 湖南衡陽聯(lián)考 某同學(xué)為探究合力做功與物體動能改變的關(guān)系 設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn) 他的操作步驟是 按圖 甲 擺好實(shí)驗(yàn)裝置 其中小車質(zhì)量M 0 4kg 鉤碼總質(zhì)量m 0 1kg 先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 電源頻率f 50Hz 然后釋放小車 打出一條紙帶 1 經(jīng)過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn) 他從打出的多條紙帶中選出一條打點(diǎn)清晰的 如圖 乙 所示 把打下的第一點(diǎn)記作0 然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出 用厘米刻度尺測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d1 0 041m d2 0 055m d3 0 167m d4 0 256m d5 0 360m 他把鉤碼重力 當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭 9 8m s2 作為小車所受合力 算出0點(diǎn)到第4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)合力做功W J 打下第4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車動能Ek J 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 答案 1 0 2510 186 2 由此實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果 他未能得到 合力對物體做的功等于動能的變化 且誤差很大 主要原因有 只需答一條 解析 2 主要原因 鉤碼質(zhì)量太大 沒有平衡摩擦力 答案 2 見解析 熱點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn) 新題體驗(yàn) 1 在 探究功與物體速度變化的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)中 某實(shí)驗(yàn)探究小組的實(shí)驗(yàn)裝置如圖 甲 所示 木塊從A點(diǎn)由靜止釋放后 在1根彈簧作用下彈出 沿水平長木板運(yùn)動到B1點(diǎn)停下 O點(diǎn)為彈簧原長時(shí)所處的位置 測得OB1的距離為L1 并將此過程中彈簧對木塊做的功記為W 用完全相同的彈簧2根 3根 并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實(shí)驗(yàn) 每次實(shí)驗(yàn)?zāi)緣K均從A點(diǎn)釋放 木塊分別運(yùn)動到B2 B3 停下 測得OB2 OB3 的距離分別為L2 L3 彈簧對木塊做的功分別記為2W 3W 作出彈簧對木塊做功W與木塊停下的位置距O點(diǎn)的距離L的W L圖像 如圖 乙 所示 1 根據(jù)圖線分析 彈簧對木塊做功W與木塊在O點(diǎn)的速度v0之間的關(guān)系為 A W與v0成正比B W與v0成線性關(guān)系C W與v0的二次方成正比D W與v0的二次方成線性關(guān)系 2 圖線與縱軸交點(diǎn)的物理意義是 2 根據(jù)動能定理全過程的表達(dá)式 W L圖線不通過原點(diǎn) 是因?yàn)槲从?jì)木塊通過AO段時(shí)摩擦力對木塊所做的功 或未計(jì)AO段木塊克服摩擦力所做的功 答案 1 D 2 AO段木塊克服摩擦力所做的功 2 某實(shí)驗(yàn)小組利用圖示裝置進(jìn)行 探究動能定理 的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟如下 A 掛上鉤碼 調(diào)節(jié)長木板的傾角 輕推小車后 使小車能沿長木板向下做勻速運(yùn)動 B 打開速度傳感器 取下輕繩和鉤碼 保持A中調(diào)節(jié)好的長木板傾角不變 讓小車從長木板頂端由靜止下滑 分別記錄小車通過速度傳感器1和速度傳感器2時(shí)的速度大小v1和v2 C 重新掛上細(xì)繩和鉤碼 改變鉤碼的個(gè)數(shù) 重復(fù)A到B的步驟 回答下列問題 1 按上述方案做實(shí)驗(yàn) 長木板表面粗糙對實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否有影響 填 是 或 否 2 若要驗(yàn)證動能定理的表達(dá)式 還需測量的物理量有 A 懸掛鉤碼的總質(zhì)量mB 長木板的傾角 C 兩傳感器間的距離lD 小車的質(zhì)量M 3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測的物理量 動能定理的表達(dá)式為 重力加速度為g 跟蹤訓(xùn)練 即時(shí)鞏固測效果 1 如圖所示 某組同學(xué)在做 探究功與速度變化的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)時(shí) 他們將軌道的一端墊得很高 并讓小車從圖示位置由靜止釋放 1 請指出其中的錯(cuò)誤 或不妥 三處 2 改進(jìn)上述錯(cuò)誤后 具體實(shí)際操作中還要求 寫出兩條即可 答案 1 電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器錯(cuò)接直流電源平衡摩擦力過度 傾角太大 小車釋放位置離計(jì)時(shí)器太遠(yuǎn) 2 所用橡皮筋規(guī)格相同先接通電源后釋放小車 2 2013 福建卷 19 在 探究恒力做功與動能改變的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)中 裝置如圖 甲 1 下列說法哪一項(xiàng)是正確的 填選項(xiàng)前字母 A 平衡摩擦力時(shí)必須將鉤碼通過細(xì)線掛在小車上B 為減小系統(tǒng)誤差 應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量C 實(shí)驗(yàn)時(shí) 應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由靜止釋放 解析 1 平衡摩擦力是讓小車重力的下滑分力與摩擦力平衡 故不能掛鉤碼平衡摩擦力 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 該實(shí)驗(yàn)中 可近似用鉤碼的重力表示小車所受到的拉力 因此應(yīng)使鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 實(shí)驗(yàn)時(shí) 為充分利用紙帶 應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由靜止釋放 選項(xiàng)C正確 答案 1 C 2 圖 乙 是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分 選取O A B C計(jì)數(shù)點(diǎn) 已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50Hz 則打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為m s 保留三位有效數(shù)字 答案 2 0 653 3 某同學(xué)驗(yàn)證動能定理的實(shí)驗(yàn)裝置如圖 甲 所示 水平桌面上固定一傾斜的氣墊導(dǎo)軌 導(dǎo)軌上A點(diǎn)處有一帶遮光片的長方形滑塊 其總質(zhì)量為M 實(shí)驗(yàn)步驟如下 用游標(biāo)卡尺測出遮光片的寬度d 安裝好實(shí)驗(yàn)器材 給氣墊導(dǎo)軌接上氣源 然后讀出拉力傳感器的示數(shù) 記為F 同時(shí)從氣墊導(dǎo)軌刻度尺上讀出滑塊與光電門之間的距離L 剪斷細(xì)繩 讓滑塊滑向光電門 并記錄滑塊通過光電門的時(shí)間t 多次改變滑塊與光電門之間的距離 記錄相應(yīng)的L與t的值 結(jié)果如下表所示 試分析下列問題 1 用游標(biāo)卡尺測量遮光片寬度d的測量結(jié)果如圖 乙 所示 則d cm 2 剪斷細(xì)繩后 滑塊開始加速下滑 則其受到的合外力為 解析 1 寬度d 1 00cm 2 剪斷細(xì)繩前拉力傳感器的示數(shù)便是剪斷細(xì)繩后滑塊沿斜面滑動所受到的合外力 即F 答案 1 1 00 2 F 解析 4 所作的圖像如圖所示 答案 4 圖像見解析能得到的實(shí)驗(yàn)圖像為線性圖像 4 2016 四川資陽模擬 某興趣小組準(zhǔn)備探究 合外力做功和物體速度變化的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)前組員們提出了以下幾種猜想 W v W v2 W 為了驗(yàn)證猜想 他們設(shè)計(jì)了如圖 甲 所示的實(shí)驗(yàn)裝置 PQ為一塊傾斜放置的木板 在Q處固定一個(gè)速度傳感器 用來測量物體每次通過Q點(diǎn)的速度 在剛開始實(shí)驗(yàn)時(shí) 小剛同學(xué)提出 不需要測出物體質(zhì)量 只要測出物體初始位置到速度傳感器的距離L和讀出