2016届高考物理一轮复习 5.5实验：探究动能定理课件

第五讲实验：探究动能定理回扣教材夯实基础落实考点基础自主温故一、实验目的1．通过实验探究外力对物体做功与物体的关系．2．通过实验数据分析、总结出做功与物体的正比关系．速度速度的平方二、实验原理探究功与物体速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用下图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和来测量每次实验后小车的末速度v.条数纸带三、实验器材小车(前面带小钩)、100g～200g砝码、长木板．两侧适当的对称位置钉两个铁钉、及纸带、学生电源及导线(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、_______．打点计时器刻度尺四、实验步骤1．按原理图将实验仪器安装好．2．平衡摩擦力：在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止．3．先用1条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为W，将这一组数据记入表格．4．用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为2W，测得小车获得的速度v2，将数据记入表格．5．用3条、4条……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格．五、数据处理1．测量小车的速度：实验获得如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做的功和小车速度的关系，需要测量力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，在纸带上测量的物理量是：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式为v＝xT(T为打点计时器打点的时间间隔)．2．实验数据记录橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v(m·s－1)速度平方v2(m2·s－2)3.实验数据处理及分析在坐标上画出Wv和Wv2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)．4．实验结论由图象可知功与物体速度变化的关系为W∝v2.考点深析拓展延伸详讲精练考点探究讲练1．平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法：使小车连着纸带并接通电源，轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板一个合适的倾角．2．测量小车速度时，纸带上的点应选均匀分布的，也就是选小车匀速运动时的那部分纸带．一注意事项3．橡皮筋应选规格一样的，力对小车做功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．4．开始实验时，小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源，再释放小车．5．选择小车时，小车质量应适当大一些，使纸带上打的点尽量多一些．1．系统误差误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一致使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．改进方法：选择规格相同的橡皮筋．2．偶然误差(1)利用打上点的纸带计算小车速度时，测量不准造成误差．改进方法：多次测量位移x，求平均值．(2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大，造成误差．改进方法：平衡摩擦力要适当．二误差分析1．本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小；小车受到的外力也可以用拉力传感器采集以便于直接计算出合外力做功的大小．2．可以把长木板换成气垫导轨，省略平衡摩擦力的操作步骤，达到简化实验过程的目的．三实验改进“探究动能定理”的实验装置如图甲所示，当小车在2条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W0.当用4条、6条、8条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次…实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W0、3W0、4W0…，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出．例1题型一对实验原理的理解(1)关于该实验，下列说法正确的是()A．打点计时器可以用直流电源供电，电压为4～6VB．实验中使用的若干条橡皮筋的原长可以不相等C．每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D．利用每次测出的小车最大速度vm和橡皮筋做的功W，依次作出W­vm、W­v2m、W­v3m、W2­vm、W3­vm…的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系(2)图乙给出了某次在正确操作情况下打出的纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一段纸带，测得O点到A、B、C、D、E各点的距离分别为OA＝5.65cm，OB＝7.12cm，OC＝8.78cm，OD＝10.40cm，OE＝11.91cm.已知相邻两点打点时间间隔为0.02s，则小车获得的最大速度vm＝________m/s.【思路指导】打点计时器使用的电源为4～6V的交流电源，为了保证每条橡皮筋对物体做功相同，使用的橡皮筋应该是规格相同的，且每次释放小车应从同一位置由静止释放，因要探究合外力做功与物体速度之间的关系，所以要通过做出不同的W­vm,W­v2m等图象才能找到合外力做功与速度的具体关系．计算小车的最大速度时应选择纸带上点迹分布均匀的部分进行测量，而且测量小车做匀速运动时一段时间内的平均速以减小偶然误差．【解析】(1)打点计时器一定用交流电源，故选项A错误；实验中一定要用相同的橡皮筋，选项B错误；每次释放小车，应使小车从同一位置由静止出发，这样才能使每次释放小车后，每根橡皮筋做功相同，故选项C正确；在探究小车最大速度和橡皮筋做功W之间关系时，要做出各种不同的可能关系图象，得出合力做功与物体速度变化的关系，故选项D正确．【答案】(1)CD(2)0.82(2)小车获得的最大速度应该用纸带上点间距相等的那段纸带来进行计算，在图中用纸带上的BD段求小车的最大速度．vm＝OD－OB2T＝10.40－7.12×10－22×0.02m/s＝0.82m/s.探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系的实验装置如图所示．变式训练1下列说法正确的是()A．通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B．通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度D．通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度解析：在本实验中通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功，因为相同规格的橡皮筋有相同的形变量具有相同的弹性势能，以一条橡皮筋拉伸后对物体做的功W为单位，改变橡皮筋的条数就改变了拉力做功的数值，而且可以计算，选项A正确，选项B错误；利用纸带上打出的点间距均匀的部分求出小车运动的最大速度，故选项C正确，选项D错误．答案：AC某学习小组做“探究合力的功和物体速度变化的关系”的实验，如图甲所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次…实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致．每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．例2题型二实验原理及数据处理(1)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是()A．橡皮筋处于原长状态B．橡皮筋仍处于伸长状态C．小车在两个铁钉的连线处D．小车已过两个铁钉的连线(2)在正确操作情况下，打下的一条纸带如图所示，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量．(3)下面是本实验的数据记录表：橡皮筋做功10个间隔距离x/m10个间隔时间T/s小车获得速度vn/(m·s－1)小车速度的平方v(m2·s－2)1W0.28800.21.442.0722W0.41760.22.094.3633W0.48960.22.455.9944W0.59040.22.958.7155W0.64800.23.2410.50从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝________.请运用表中测定的数据在图乙所示的坐标系中作出相应的图象，验证理论的正确性．【思路指导】若木板水平放置，小车运动中会受到摩擦阻力作用，当橡皮筋的弹力等于小车受到阻力时，小车的速度最大．测量最大速度时应选用小车匀速运动时来测量，即纸带上点迹分布均匀的那段纸带进行测量．通过比较表中记录的数据，作出合适的图象，得到Wn和vn的正确关系．【解析】(1)若木板水平放置，小车运动过程受到摩擦阻力和橡皮筋弹力作用，当橡皮筋弹力等于摩擦阻力时小车的速度最大，故选项B正确．(2)木板倾斜时，在正确操作情况下，小车做匀速运动时，速度最大．在纸带上点距均匀分布的GK段测量，计算小车的速度．(3)根据表中的数据，在误差允许范围内Wn∝v2n，选用Wn为纵轴，以v2n为横轴建立坐标系，在坐标系中描点，用平滑的曲线连接起来，这些点在一条直线上．如图所示，故Wn∝v2n.【答案】(1)B(2)GK(3)见解析如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形．这时，橡皮筋对小车做功记为W.当用2条、3条、…、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图2甲为某次实验中打出的纸带．变式训练2(1)除了图1中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有________．(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是________________________________________________________________________________________________________.图1(3)下面是本实验的数据记录及数据处理表．物理量数据实验次数橡皮筋做的功Wn(J)10个间隔均匀的点的距离s(m)10个间隔均匀的点的时间T(s)小车获得的末速度vn(m/s)小车获得的末速度的平方v(m2/s2)1W1＝W0.2000.21.001.002W1＝2W0.2820.21.411.993W3＝3W0.3000.21.502.254W4＝4W0.4000.22.004.005W5＝5W0.4580.22.245.02从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn∝________，请你运用表中的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象，以验证理论的正确性．图2解析：(1)还需刻度尺测量纸带上计数点之间的距离．(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是把打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力．(3)根据动能定理可知，从理论上讲，橡皮筋做功Wn与物体获得速度vn之间的关系是Wn∝v2n，所以以Wn为纵轴，以v2n为横轴建立直角坐标系，描点作图，图象是过原点直线，说明Wn∝v2n.答案：(1)刻度尺(2)把木板左端垫起适当高度以平衡摩擦力．(3)v2n如图所示(2014年天津卷)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．例3题型三利用其他装置探究动能定理(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些____________________________________．(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)．A．避免小车在运动过程中发生抖动B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决办法：_____________________________________________________________