2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习配套课件：实验五-探究动能定理

实验五探究动能定理实验目的和器材实验目的1.通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。2.通过实验数据分析,总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。实验器材小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(若使用电火花计时器则不用学生电源)、5、6条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。实验原理1.改变功的大小：采用如图所示的实验装置,用1条、2条、3条……规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W……2.确定速度的大小：小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。3.寻找功与速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-v或W-v2图像。分析图像,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系。【实验过程】一、实验步骤1.按原理图将仪器安装好。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,轻推小车,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,测出小车获得的速度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。二、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,需要测量弹力做功结束时小车的速度,即小车做匀速运动的速度,应在纸带上测量的物理量：A1、A2间的距离x,小车速度的表达式是v=(T为打点计时器打点的时间间隔)。xT2.记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。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-23.数据处理：在坐标纸上画出W-v或W-v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。4.实验结论：从图像分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为W∝v2。【误差分析】类型产生原因减小方法偶然误差小车速度的测量误差多次测量x,求平均值摩擦力做功平衡摩擦力适当系统误差橡皮筋的长度、粗细不一选规格相同的橡皮筋【注意事项】1.平衡摩擦力：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：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,找到长木板的一个合适的倾角。2.选点测速：测小车的速度时,纸带上的点应选均匀部分的,也就是选小车做匀速运动时的部分。3.橡皮筋的选择：橡皮筋应选规格一样的。力对小车做的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.先后顺序：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.小车的选择：小车质量应适当大一些,使纸带上打的点多一些。【实验改进】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。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。热点1对实验原理的考查【例证1】(2014·天津高考)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。(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：。(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的(填字母代号)。A.在接通电源的同时释放了小车B.小车释放时离打点计时器太近C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力【解题探究】(1)本实验验证表达式是_____________。(2)平衡摩擦力的目的是什么?提示：让细绳的拉力充当小车所受合外力。21mgxMv2(3)系统加速运动时,绳上的拉力_____钩码重力。【解析】(1)要定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系,也就是验证mgx=Mv2,所以此实验需要测量钩码的质量、小车的质量和位移,故还需要刻度尺和天平。12小于(2)分析小车受力可知,在平衡摩擦力的基础上,使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力,故D正确。(3)纸带上打出的点少,说明小车的加速度过大,故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上适量的砝码)。(4)在此实验中,根据牛顿第二定律可知,钩码的重力大于细绳的拉力,而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量;如果实验未平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量,故选项C、D正确。答案：(1)刻度尺和天平(2)D(3)减小钩码质量或增加小车质量(4)C、D热点2对实验数据处理和误差分析的考查【例证2】(2013·四川高考)如图甲所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：(1)为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做_______运动。(2)连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图乙所示的纸带。纸带上O为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G。实验时小车所受拉力为0.2N,小车的质量为0.2kg。请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk,补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。O—BO—CO—DO—EO—FW/J0.04320.05720.07340.0915ΔEk/J0.04300.05700.07340.0907分析上述数据可知：在实验误差允许的范围内W=ΔEk,与理论推导结果一致。(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10-3kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为kg(g取9.8m/s2,结果保留至小数点后第三位)。【解题探究】(1)在做“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验时,判断摩擦力平衡的方法：根据打出的纸带上的点是否均匀判断小车是否做__________运动。匀速直线(2)计算从点O到点F小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔEk的思路：①合外力的功：W=____;②F点的速度大小：vF=_____;③ΔEk的大小：ΔEk=_______。EGx2T2F1mv2FxOF【解析】(1)把长木板的一侧垫高,以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力;调节长木板的倾斜度,使小车在不受牵引力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。(2)从点O到点F小车所受合外力做的功W=FxOF=0.2×55.75×10-2J=0.1115J小车在点F的速度大小vF==1.051m/s,所以从点O到点F小车动能的变化ΔEk==×0.2×1.0512J=0.1105J。2EGx(66.7745.75)10m/s2T20.1－－2F1mv212(3)设托盘中的砝码质量为m1,托盘质量m0=7.7×10-3kg,小车所受的拉力等于托盘和砝码的重力之和,即F=(m0+m1)g,解得：m==0.013kg。30F0.2m(7.710)kgg9.8－－－答案：(1)匀速直线(或匀速)(2)0.11150.1105(3)0.013高考考情演变装置时代化高考考情演变求解智能化1.摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力→自由下落阻力减小→气垫导轨减小摩擦力。2.速度的测量方法：匀速运动速度→测量纸带上各点速度→光电门v=→速度传感器直接显示速度大小。dt复习启示：在高考中,本实验易于和其他力学知识结合考查,出题方式灵活,往往在教材实验基础上创设新情境。因此,要在夯实教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养,善于用教材中实验的原理、方法和技巧处理新问题。