《備考指南一輪 物理 》課件-實驗6

機械能及其守恒定律第五章實驗六探究動能定理欄目導航01知識梳理回顧02要點各個擊破03配套訓練知識梳理回顧1探究動能定理最簡單的實驗方法就是“自由落體法”(裝置與驗證機械能守恒定律相同)，而這里介紹另外一種常見的探究動能定理方法——橡皮筋木板法．一、實驗目的1．探究外力對物體做功與物體速度變化之間的關系．2．通過對實驗數據分析，總結出做功與物體速度平方的正比關系．3．利用圖像處理數據．二、實驗原理1．改變功的大小：采用如圖所示的實驗裝置，用1條、2條、3條、…規(guī)格相同的橡皮筋將小車拉到同一位置由靜止釋放，橡皮筋拉力對小車所做的功依次為W、2W、3W、….2．確定速度的大?。盒≤嚝@得的速度v可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出．3．尋找功與速度變化的關系：以橡皮筋拉力所做的功W為縱坐標，小車獲得的速度v為橫坐標，作出W－v或W－v2圖像．分析圖像，得出橡皮筋拉力對小車所做的功與小車獲得的速度的定量關系．三、實驗器材小車(前面帶小鉤)、長木板(兩側適當的對稱位置釘兩個鐵釘)、打點計時器及紙帶、學生電源及導線(若使用電火花計時器則不用學生電源)、若干條等長的橡皮筋、毫米刻度尺．四、實驗步驟1．按原理圖將儀器安裝好．2．平衡摩擦力：在長木板的有打點計時器的一端下面墊一塊木板，反復移動木板的位置，直至小車上不掛橡皮筋時，輕推小車，紙帶打出的點間距均勻，即小車能勻速運動為止．3．先用1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，設此時橡皮筋對小車做的功為W，將這一組數據記入表格．4．用2條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，這時橡皮筋對小車做的功為2W，測出小車獲得的速度v2，將數據記入表格．5．用3條、4條…橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格．六、注意事項1．平衡摩擦力很關鍵，將木板一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力相平衡．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，為木板找一個合適的傾角．2．測小車速度時，紙帶上的點應選均勻分布的，也就是選小車處于勻速運動狀態(tài)的．3．橡皮筋應選規(guī)格一樣的．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．4．小車質量應大一些，使紙帶上打的點多一些．七、誤差分析1．誤差的主要來源是由于橡皮筋的長度、粗細不一，而使橡皮筋的拉力做的功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．3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準．【對點小練】(2019年甘肅一模)某同學為探究恒力做功和物體動能變化間的關系，采用了如圖所示的實驗裝置．(1)實驗時，該同學用鉤碼的重力表示小車受到的合力，為了減小這種做法帶來的實驗誤差，你認為應該采取的措施是________(填選項前的字母)．A．保證鉤碼的質量遠小于小車的質量B．選取打點計時器所打第1點與第2點間的距離約為2mm的紙帶來處理數據C．把長木板不帶滑輪的一端適當墊高以平衡摩擦力D．必須先接通電源再釋放小車(2)如圖所示是實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是連續(xù)的6個計數點，相鄰計數點間的時間間隔為T，相鄰計數點間的距離已在圖中標出，測出小車的質量為M，鉤碼的總質量為m.從打B點到打E點的過程中，合力對小車做的功是________，小車動能的增量是______________．(用題中和圖中的物理量符號表示)要點各個擊破2例1用如圖所示的裝置做“探究動能定理”的實驗時，下列說法正確的是__________．要點1實驗原理及實驗步驟A．為了平衡摩擦力，實驗中可以將長木板的左端適當墊高，使小車拉著穿過打點計時器的紙帶自由下滑時能保持勻速運動B．每次實驗中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長度要一樣C．可以通過改變橡皮筋的條數來改變拉力做功的數值D．可以通過改變小車的質量來改變拉力做功的數值E．實驗中要先釋放小車再接通打點計時器的電源F．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度G．通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度【答案】ABCF【解析】當小車拉著穿過打點計時器的紙帶做勻速運動時，重力沿長木板方向的分力大小等于摩擦力，即在實驗中可消除摩擦力的影響，A正確；由實驗原理可知，B、C正確，D錯誤；使用打點計時器時都必須先接通電源再釋放小車，E錯誤；橡皮筋拉力做的總功等于小車動能的增加，此動能應為小車獲得的最大動能，所以用打點計時器打下的紙帶測定的是小車的最大速度，F正確，G錯誤．練1某實驗小組用如圖甲所示的實驗裝置和實驗器材做“探究動能定理”的實驗，在實驗中，該小組同學把沙和沙桶的總重力當作小車受到的合外力．甲

(1)為了保證實驗結果的誤差盡量小，在實驗操作中，下面做法必要的是________．A．實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作B．實驗操作時要先放小車，后接通電源C．在利用紙帶進行數據處理時，所選的兩個研究點離得越近越好D．在實驗過程中要保證沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量(2)除實驗裝置中的儀器外，還需要的測量儀器有____________________．(3)如圖乙所示為實驗中打出的一條紙帶，現選取紙帶中的A、B兩點來探究“動能定理”．已知打點計時器的打點周期為T，重力加速度為g.圖中已經標明了要測量的物理量，另外，小車的質量為M，沙和沙桶的總質量為m.請你把要探究的結果用題中給出的字母表達出來____________．乙

【解析】(1)實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作，以保證小車所受合外力恰好是細線的拉力，故A正確；實驗操作時，若先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能打出來的點很少，不利于數據的采集和處理，故B錯誤；在利用紙帶進行數據處理時，所選的兩個研究點離得越近測量誤差越大，故C錯誤；在實驗過程中要保證沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量，這樣才能使得沙和沙桶的總重力近似等于細線對小車的拉力，故D正確．(2)本題的實驗原理是驗證沙桶和沙重力做的功等于小車動能的增加量，所以要測沙和沙桶的總質量、小車的質量，還要測紙帶上各點的距離來求速度，所以所需的器材還應有天平和刻度尺．例2

(2019年撫順一模)用如圖甲所示的實驗裝置做“探究合力做功與動能變化的關系”實驗．請補充完整下列實驗步驟的相關內容：要點2數據處理及誤差分析甲乙

(1)先用天平測出小車和遮光片的總質量為M、砝碼盤的質量為m0；用20分度的游標卡尺測量遮光片的寬度d，如圖乙所示，其示數為________mm；按圖甲所示安裝好實驗裝置，用刻度尺測量兩光電門之間的距離x；(2)在砝碼盤中放入適量的砝碼；適當調節(jié)長木板的傾角，直到向右輕推小車，遮光片先后通過光電門A和光電門B的時間相等；(3)只取下砝碼，已經連好的細線和砝碼盤不動，記下________(填寫相應物理量及其符號)；(4)再次讓小車拉著砝碼盤從靠近滑輪處由靜止釋放，記錄遮光片通過光電門A和光電門B所用的時間tA和tB；【答案】(1)5.25

(3)取下的砝碼的總質量m

(5)mgx

(7)BD【解析】(1)游標卡尺的主尺讀數為：5mm，游標尺上第5個刻度和主尺上某一刻度對齊，所以游標讀數為5×0.05mm＝0.25mm，所以最終讀數為：5mm＋0.25mm＝5.25mm.(3)在砝碼盤中放入適量砝碼，適當調節(jié)長木板的傾角，直到輕推小車，遮光片先后經過光電門A和光電門B的時間相等，此時小車做勻速運動，取下細繩和砝碼盤，記下取下的砝碼盤的總質量m.(7)盡量增大兩光電門間的距離x，距離大一些，誤差小一些，選項A錯誤；調整滑輪，使細線與長木板平行，否則取砝碼后，合力不等于砝碼的重力，選項B正確；本實驗沒有用砝碼盤和盤中砝碼的重力代替繩子的拉力，不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于小車的質量，選項C錯誤；本實驗用遮光片通過光電門時的平均速度作為小車的瞬時速度，遮光片的寬度d越小，平均速度越接近瞬時速度，遮光片的寬度

d適當窄一些可以減小實驗誤差，選項D正確．練2

(2019年赤峰名校模擬)用如圖甲所示裝置做“驗證動能定理”的實驗．實驗中，小車碰到制動擋板時，鉤碼尚未到達地面．(1)為了保證細繩的拉力等于小車所受的合外力，以下操作必要的是________(選填選項前的字母)．A．在未掛鉤碼時，將木板的右端墊高以平衡摩擦力B．在懸掛鉤碼后，將木板的右端墊高以平衡摩擦力C．調節(jié)木板左端定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行D．所加鉤碼的質量盡量大一些(2)圖乙是某次實驗中打出紙帶的一部分．O、A、B、C為4個相鄰的計數點，相鄰的兩個計數點之間還有4個打出的點沒有畫出，所用交流電源的頻率為50Hz.通過測量，可知打點計時器打B點時小車的速度大小為__________m/s.(3)甲同學經過認真、規(guī)范的操作，得到一條點跡清晰的紙帶．他把小車開始運動時打下的點記為O，再依次在紙帶上取等時間間隔的1、2、3、4、5、6等多個計數點，可獲得各計數點到O的距離s及打下各計數點時小車的瞬時速度v.圖丙是根據這些實驗數據繪出的v2－s圖像．已知此次實驗中鉤碼的總質量為0.015kg，小車中砝碼的總質量為0.100kg，取重力加速度g＝9.8m/s2，則由圖像可知小車的質量為________kg(結果保留2位有效數字)．(4)在鉤碼質量遠小于小車質