南方新课堂2014届高考物理一轮课件：实验五：探究动能定理

实验五：探究动能定理1．实验目的：探究外力做功与物体速度变化的关系．2．实验原理探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力与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，可用图S5－1所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v.图S5－13．实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、小车(前有小钩)、电源、导线、砝码、5～6条等长橡皮筋、刻度尺、长木板、铁钉等．4．实验步骤(1)按图S5－1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．(2)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W1，将这一组数据记入表格．(3)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，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．(4)用3条、4条…做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格．5．实验分析(1)数据分析．①小车速度的求法：实验获得如图S5－2所示纸带，利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离，如纸带上A、B两点间的距离s，则v＝sT(其中T为打点周期)．橡皮筋条数位移s/m时间t/s速度速度平方图S5－2v/(m·s－1)v2/(m2·s－2)②实验数据记录：建立上述表格，求出v2值．③在坐标纸上分别作出W－v和W－v2图线，以1条橡皮筋做的功为单位．(2)实验结论：从实验结果看出，功W与速度v的平方成正比，即W∝v2.(3)误差分析：①橡皮筋的粗细不一致，导致做的功与条数不成正比；②平衡摩擦力时，木板倾角过大或过小；③测量纸带上的各点之间间距时有误差；④纸带上的点没有对应小车匀速运动时刻．6．注意事项(1)平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角．(2)测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的．(3)橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以1条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．【跟踪训练】1．为了探究功与物体速度变化的关系，现提供如图S5－3所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，请思考探究思路并回答下列问题．(打点计时器交流电频率为50Hz)图S5－3(1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施？_________________________________________________________________________________________________________.(2)用n条橡皮筋做第n次实验，得到打出的纸带如图S5－4，请完成表格回答问题．图S5－4将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑次数1234橡皮筋对小车做的功W从表中数据可得出结论：___________________________________________________________________________________________________________.在误差允许的范围内，橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比小车速度v/(m·s－1)v2/(m2·s－2)2W3W4W1.001.421.732.001.002.024.002.99题型1对实验基本原理和步骤的考查【例1】(双选)在用图S5－5所示装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是()图S5－5A．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的动能解析：实验通过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故A正确，B错误．小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的情形，故C正确，D错误．答案：AC【触类旁通】1．(2013年吉林模拟)某同学为探究恒力做功与物体动能变化的关系，设计了如下实验，他的操作步骤是：A．连接好实验装置(如图S5－6所示)．B．将质量为200g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．C．在质量为10g、30g、50g的三种钩码中，他挑选了一个质量为50g的钩码挂在拉线的挂钩P上．D．释放小车，打开打点计时器的电源，打出一条纸带．图S5－6在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条．经测量、计算，得到如下数据：(1)第一个点到第N个点的距离为40.0cm.(2)打下第N点时小车的速度大小为1.00m/s.该同学将钩码的重力当做小车所受的拉力，则拉力对小车做的功为________J，小车动能的增量为________J.解析：拉力F＝m码g＝0.05×9.8N＝0.49N拉力对小车做的功W＝Fl＝0.49×0.4J＝0.196J小车动能的增量ΔEk＝12m车v2＝12×0.2×1.002J＝0.1J.答案：(2)0.1960.1题型2探究动能定理的变形实验【例2】某实验小组采用如图S5－7所示的装置(实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面)用打点计时器得到一条纸带后，通过分析“小车位移与速度变化的对应关系”来研究“合外力对小车所做的功与速度变化的关系”．图S5－8是实验中得到的一条纸带，点O为纸带上的起始点，A、B、C是纸带的三个连续的计数点，相邻两个计数点间均有4个点未画出，用刻度尺测得A、B、C到O的距离如图S5－8所示，已知所用交变电源的频率为50Hz，问：(1)打B点时刻，小车的瞬时速度vB＝________m/s.(结果保留两位有效数字)图S5－8图S5－7A．W∝v2B．W∝vC．W∝1vD．W∝v3(2)实验中，该小组同学画出小车位移x与速度v的关系图象如图S5－9所示．根据该图形状，某同学对W与v的关系做出的猜想，肯定不正确的是______(填写选项字母代号)．图S5－9(3)本实验中，若钩码下落高度为h1时合外力对小车所做__________(用h1、h2、W0表示)．的功为W0，则当钩码下落h2时，合外力对小车所做的功为解析：(1)本实验中纸带上相邻两点间的时间间隔T＝0.1s，小车在B点的瞬时速度等于AC段的平均速度，vB＝sAC2T＝0.80m/s.(2)这里的图象是二次函数或幂函数的图象，如果作出的W－v曲线是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比关系，即W∝v；而本题可能是W∝v2、W∝v3.(3)钩码下落的高度等于小车发生的位移，在合外力一定的情况下，合外力对小车所做的功与钩码下落的高度成正比．答案：(1)0.80(2)BC(3)备考策略：探究功与物体动能变化的关系，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来实现，为简化实验，可将物体初速度设置为零．实验中提供外力的可以是橡皮筋的弹力，也可以是重物通过细绳给物体的拉力等．总之，要把握住动能定理的内容来分析实验．h2h1W0【触类旁通】2．(2013年梅州联考)某实验小组想测量木板对木块的摩擦力所做的功．实验装置如图S5－10，一木块放在粗糙的水平长木板上，右侧拴有一细线，跨过固定在木板边缘的滑轮与重物连接，木块左侧与穿过打点计时器的纸带相连，长木板固定在水平实验台上．实验时，木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，木块继续向右做匀减速运动，图S5－11给出了重物落地后打点计时器打出的纸带，系列小黑点是计数点，每相邻两个计数点间还有4个打点(图中未标图S5－10图S5－11出)，计数点间的距离如图S5－11所示．打点计时器所用交流电频率为50Hz，不计纸带与木块间的拉力．(1)可以判断纸带的__________(填“左”或“右”)端与木块连接．根据纸带提供的数据计算打点计时器在打下A点和B点时木块的速度vA＝________m/s，vB＝________m/s．(结果保留两位有效数字)(2)要测量在AB段木板对木块的摩擦力所做的功WAB，还需要的实验器材是________________，还应测量的物理量是______________．(填入所选实验器材和物理量前的字母)A．木板的长度lC．木板的质量m2E．木块运动的时间tG．天平B．木块的质量m1D．重物的质量m3F．AB段的距离lABH．秒表J．弹簧测力计答案：(1)右0.720.97(2)GB解析：(1)匀减速运动相邻两计数点间的距离变小，所以运动从B到A，纸带的右端与木块连接，交流电频率为50Hz，则周期T＝0.02s，两计数点间的时间t＝0.10s，则vA＝6.84＋7.48×10－20.2m/s＝0.72m/svB＝9.41＋10.06×10－20.2m/s＝0.97m/s.(2)由动能定理得WAB＝12mv2A－12mv2B，所以要测木块的质量，需用到天平．