2021高考物理一輪復習第5章機械能實驗五：探究動能定理教案

1、實驗五：探究動能定理, 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。 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，不必計算出具體數值。考點一教材原

2、型實驗實驗原理與操作(2019甘肅涼州區(qū)期末)某學習小組做探究功與速度變化的關系的實驗如圖所示，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w0。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打在紙帶上的點進行計算。(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、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，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

3、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)(4)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(根據如圖所示的紙帶回答)。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

4、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。答案：(1)交流(2)d(3)b(4)gj變式1(2020安徽合肥質檢)為了探究力對初速度為零的物體做功與物體獲得速度的關系，某實驗小組采用如圖甲所示的裝置進行實驗。(1)實驗小組按正確的操作，將木板一端傾斜來平衡摩擦力，打出三條紙帶，其中符合實驗要求的是(選填紙帶的字母編號)_。(2)下列關于橡皮筋及其做功的說法正確的是_。a橡皮筋做功的值不需要測量b增加規(guī)格相同的橡皮筋條數，使橡皮筋對小車做的功成整數倍增加c在小車運動的過程中，橡皮筋一直對其做功d將橡皮筋的長度拉伸為原來的兩倍，橡皮筋做的功

5、增加了兩倍(3)在操作正確的前提下，其中打出的一條紙帶如圖乙所示，為了測量小車獲得的速度，應選用紙帶的_部分進行測量。(4)在某次實驗中，實驗小組誤將木板水平放置，小車在橡皮筋作用下由靜止開始運動，當小車運動到某一位置橡皮筋恰好處于原長狀態(tài)，下列說法正確的是()a此時小車速度最大b此時小車加速度最大c此后小車開始做勻速直線運動d當小車速度最大時，橡皮筋一定處于拉伸狀態(tài)解析：(1)紙帶b的點跡均勻，說明小車勻速運動，平衡摩擦力，則符合實驗要求的是紙帶b；(2)實驗中橡皮筋做功的值不需要測量，選項a正確；增加規(guī)格相同的橡皮筋條數，使橡皮筋對小車做的功成整數倍增加，選項b正確；在小車運動的過程中，橡

6、皮筋只是剛開始時對小車做功，橡皮筋恢復原長后就不再做功，選項c錯誤，橡皮筋的長度拉伸為原來的兩倍，橡皮筋的伸長量不一定增大兩倍，彈力也增大，但不一定是增大兩倍，故橡皮筋做的功不一定增加兩倍，選項d錯誤；(3)測量小車的速度時應該用紙帶上點跡均勻的部分測量，即hi，hk或ik均可；(4)由于木板水平放置，可知小車與木板間有摩擦力，則當小車速度最大時，彈力等于摩擦力，此時橡皮筋一定處于拉伸狀態(tài)，選項d正確。答案：(1)b(2)ab(3)hi，hk或ik均可(4)d(2019江蘇卷10)某興趣小組用如圖所示的裝置驗證動能定理。(1)有兩種工作頻率均為50 hz的打點計時器供實驗選用：a電磁打點計時器

7、b電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇_(選填“a”或“b”)。(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔。實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動。同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除。同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動?？捶ㄕ_的同學是_(選填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼。接通打點計時器電源，松開小車，小車運動。紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖所示。圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上a點的速度va_m/s。(4)測出小車的質量為m，再測出紙帶上起點到a點

8、的距離為l。小車動能的變化量可用ekmv算出。砝碼盤中砝碼的質量為m，重力加速度為g。實驗中，小車的質量應_(選填“遠大于”“遠小于”或“接近”)砝碼、砝碼盤和沙子的總質量，小車所受合力做的功可用wmgl算出。多次測量，若w與ek均基本相等則驗證了動能定理。解析：(1)電火花打點計時器對紙帶的阻力小于電磁打點計時器對紙帶的阻力，實驗時誤差小，故選b。(2)在砝碼盤中慢慢加入沙子直至小車開始運動，小車從靜止開始做加速運動，此時砝碼盤和沙子的總重力大于小車與長木板間的滑動摩擦力，平衡摩擦力過度；輕推小車，小車做勻速運動，根據平衡條件可知，此時砝碼盤和沙子的總重力等于小車與長木板間的滑動摩擦力大小，

9、消除了摩擦力的影響，看法正確的是同學乙。(3)在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內的平均速度。用刻度尺量出a左側第一個點與a右側第一個點之間的距離l1.24 cm，再除以0.02 s20.04 s，可得va0.31 m/s。(4)本實驗中砝碼的重力應該是小車所受的合外力。只有當小車的質量遠大于砝碼盤、砝碼以及沙子的總質量時，才可以將砝碼的重力當成小車受到的合外力。答案：(1)b(2)乙(3)0.31(0.300.33都算對)(4)遠大于變式2利用如圖甲所示的實驗裝置探究合力做功與動能變化的關系。(1)為了消除打點計時器和木板對小車阻力的影響，需要平衡阻力。關于該操作環(huán)節(jié)，下列四

10、種裝置圖中正確的是_。(2)甲組同學正確平衡了阻力，選取的砝碼和盤的總質量m遠小于小車的質量m，取砝碼和盤所受的總重力值作為繩子的拉力值，按正確操作得到如圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個連續(xù)計時點a、b、c，測得它們到靜止釋放的起始點o的距離分別為xa、xb、xc，打點計時器的工作周期為t，已知當地重力加速度為g，從o到b的運動過程中，拉力對小車做功w_，小車動能變化量ek_。解析：(1)依據平衡阻力的原理：依靠重力的分力來平衡，同時阻力包含紙帶與打點計時器直接的摩擦，故操作為：需要掛上紙帶，但是不能掛重物，把打點計時器所在的一端墊高，故c正確，a、b、d錯誤。(2)選取的砝碼和盤的總質量

11、m遠小于小車的質量m，所以拉力ftmg，從o到b的運動過程中，拉力對小車做功wfxmgxb；運動到b點速度vb，小車動能變化量ekmv0。答案：(1)c(2)mgxb數據處理與分析(2017北京理綜21)如圖甲所示，用質量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況。利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗。(1)打點計時器使用的電源是_(選填選項前的字母)。a直流電源b.交流電源(2)實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是_(選填選項前的字母)。a把長木板右端墊高 b.改變小車的質量在不掛重物且_(選填選項前的字母)的情況下，輕推一下小車。若

12、小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經消除了摩擦力和其他阻力的影響。a計時器不打點 b.計時器打點(3)接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為o。在紙帶上依次取a、b、c若干個計數點，已知相鄰計數點間的時間間隔為t。測得a、b、c各點到o點的距離為x1、x2、x3如圖乙所示。實驗中，重物質量遠小于小車質量，可認為小車所受的拉力大小為mg。從打o點到打b點的過程中，拉力對小車做的功w_，打b點時小車的速度v_。(4)以v2為縱坐標，w為橫坐標，利用實驗數據作出如圖丙所示的v2 w圖象。由此圖象可得v2隨w變化的表達式為_。根據功與能的關系，動能的表達式中可能包含v2這

13、個因子；分析實驗結果的單位關系，與圖線斜率有關的物理量應是_。(5)假設已經完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質量不滿足遠小于小車質量的條件，則從理論上分析，圖丁中正確反映v2 w關系的是_。解析：(1)打點計時器使用交變電流，故應選用交流電源。(2)平衡摩擦力和其他阻力時采用墊高長木板右端，使小車的重力的分力與摩擦力及其他阻力平衡，阻力包含了打點時振針與紙帶之間的摩擦，故需要在打點狀態(tài)下判斷是否達到平衡要求。(3)由做功公式知：wmgx2；利用勻變速直線運動中間時刻的速度等于本段時間內的平均速度知，b點速度等于ac段的平均速度，vb。(4)根據圖線，關系式寫為v2kwb，在直線上取兩點

14、，如(1.4102，0.07)(8102,0.38)，代入上式，解得k4.7，b0.004，在作圖誤差允許的范圍內，表達式可寫為v24.7w。把功的單位用基本單位表示，1 j1 nm1 kgm2s2，容易得出與圖線斜率有關的物理量單位為kg1，故與圖線斜率有關的物理量應是質量。(5)若重物質量m不滿足遠小于小車質量m，則繩子對小車的拉力實際不等于重物的重力，由mg(mm)a和fma知fmg，由動能定理得：mv2fx，v2xx，而wmgx，則實際v2 w圖線的斜率k，重物質量m與小車質量m不變，速度雖然增大，但斜率不變，選項a正確。答案：(1)b(2)ab(3)mgx2(4)v24.7w(4.5

15、w5.0w均認為正確)質量(5)a變式3某實驗小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行。打點計時器工作頻率為50 hz。(1)(多選)實驗中木板略微傾斜，這樣做_。(填選項字母)a是為了使釋放小車后，小車能勻加速下滑b是為了增大小車下滑的加速度c可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功d可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動(2)實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條并起掛在小車的前端進行多次實驗，每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車。把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為w1，第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為2w1，；橡皮筋對小車做功

16、后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出，根據第四次的紙帶(如圖乙所示)求得小車獲得的速度為_m/s。(3)(多選)若根據多次測量數據畫出的w v草圖如圖丙所示，根據圖線形狀，可知對w與v的關系做出的猜想肯定不正確的是_。(填選項字母)aw b.wcwv2 d.wv3解析：(1)小車下滑時受到重力、橡皮筋的拉力、支持力和摩擦力，要使拉力等于合力，則應該用重力的下滑分量平衡摩擦力，使得橡皮筋做的功等于合外力對小車做的功；小車在橡皮筋的作用下做加速運動，橡皮筋做功完畢，則速度達到最大，此后做勻速運動。(2)在加速過程中，橡皮筋在做正功，故需要測量最大速度，即勻速運動的速度，因而需要選用間隔

17、均勻的點，即后面距離為4.00 cm的點，打點計時器每隔0.02 s打一次點，故最大速度為2.00 m/s。(3)根據圖象結合數學知識可知，該圖象形式和yxn(n2,3,4)的形式相同，故a、b項錯誤，c、d項正確。答案：(1)cd(2)2.00(3)ab考點二實驗的改進與創(chuàng)新實驗裝置的改進與創(chuàng)新(2019四川廣元三模)用如圖甲所示裝置來探究功和動能變化的關系。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(內有砂子)，滑輪質量、摩擦不計，重力加速度為g。(1)實驗中軌道應傾斜一定

18、角度，這樣做的目的是_。a使木板釋放后，木板能勻加速下滑b增大木板下滑的加速度c使得細線拉力做的功等于合力對木板做的功d使得木板在未施加拉力時能勻速下滑(2)用游標卡尺測量遮光條的寬度，示數如圖乙所示，則遮光條的寬度d_cm。(3)實驗主要步驟如下：測量木板、遮光條的總質量m，兩遮光條間的距離l，按甲圖正確連接器材。將木板左端與軌道左端對齊，靜止釋放木板，木板在細線拉動下運動，記錄彈簧測力計示數f及遮光條b、a先后經過光電門的時間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_；合外力對木板做的功w_。(用字母m、t1、t2、d、l、f表示)在小桶中增加砂子，重復的操作。比較

19、w、ek的大小，得出實驗結論。(4)若在本實驗中軌道水平放置，其他條件和實驗步驟不變，假設木板與軌道之間的動摩擦因數為，測得多組f、t1、t2的數據，并得到f與的關系圖象如圖丙所示，已知圖象在縱軸上的截距為b，直線的斜率為k，則_(用字母b、d、l、k、g表示)。解析：(1)軌道略微傾斜的目的是平衡摩擦力，這樣在未施加拉力時木板就能做勻速直線運動，木板連上細線后，細線的拉力等于木板受到的合力，細線的拉力對木板做的功等于合力對木板做的功，故c、d項正確。(2)游標卡尺主尺的讀數為1 mm，游標尺上的第14個刻度與主尺上的刻度對齊，所以游標尺的讀數為0.0514 mm0.70 mm，總讀數為1 m

20、m0.70 mm1.70 mm0.170 cm。(3)遮光條b通過光電門時的速度vb，遮光條a通過光電門時的速度va，則ekmvmv。光滑的滑輪兩端的細線拉力處處相等，彈簧測力計的示數f是細線的拉力大小，也是木板所受的合外力大小，故wfl。(4)當軌道水平放置時，對木板，由動能定理得(fmg)l，解得fmg，結合f與的關系圖象可知斜率k，縱截距bmg，聯立解得。答案：(1)cd(2)0.170(3)fl(4)變式4某同學設計了如圖甲所示的實驗裝置來驗證動能定理。一個電磁鐵吸住一個小鋼球，將電磁鐵斷電后，小鋼球由靜止開始向下加速運動。小鋼球經過光電門，計時裝置記錄小鋼球通過光電門1和光電門2的擋

21、光時間分別為t1和t2，用刻度尺測得兩光電門中心之間的距離為h，已知當地重力加速度為g。(1)該同學用游標卡尺測量了小鋼球的直徑，結果如圖乙所示，小鋼球的直徑d_cm。(2)小鋼球通過光電門1時的速度大小v1_。(3)若上述測量的物理量滿足關系式_，則動能定理得以驗證。(2)、(3)問用所測物理量的字母表示解析：(1)根據圖乙游標卡尺的讀數可得，小鋼球的直徑為5 mm0.05 mm45.20 mm0.520 cm。(2)小鋼球通過光電門1時的速度大小v1。(3)若測量的物理量滿足關系式m2m2mgh，即222gh，則動能定理得以驗證。答案：(1)0.520(2)(3)222gh實驗方案的創(chuàng)新為

22、了“探究動能改變與合外力做功的關系”，某同學設計了如下實驗方案：第一步：把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質量為m的滑塊通過細繩與質量為m的帶夾重錘跨過定滑輪相連，重錘后連一穿過打點計時器的紙帶，調整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動，如圖甲所示。第二步：如圖乙所示，保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開始向下加速運動，打出的紙帶如圖丙所示。請回答下列問題：請回答下列問題：(1)已知打下各相鄰計數點間的時間間隔為t，則打點計時器打b點時滑塊運動的速度vb_。(2)已知重錘質量為m，當地的重力加速度為g，要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程中滑塊_(寫出物理量名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達式w合_。(3)算出打下a、b、c、d、e點時合外力對滑塊所做的功w以及滑塊的速度v，以v2為縱軸、w為橫軸建立直角坐標系，描點作出v2 w圖象，可知該圖象是一條_，根據圖象還可求得_。解析：(1)由打出的紙帶可知b點的速度vb。(2)設長木板的傾角為，滑塊與長木板間摩擦力為ff，當滑塊向下勻速運動時，有mgsin ffmg；當滑