2020高考物理一轮总复习 第五章 机械能 实验课1 探究动能定理课件 新人教版

第五章机械能探究动能定理栏目导航12板块一基础回顾板块二考点突破基础回顾明体系、知细节、强化提能板块一一、实验基础知识二、数据处理1．求速度：实验获得如图所示纸带，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、C两点间的距离x，则v＝x2T(其中T为打点周期)．2．记数据：计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值，填入表格.WvnW2W3W4W5Wvv23.作图象：在坐标纸上分别作出W­v和W­v2图线，从中找出功与速度变化的关系．4．得结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为W∝v2.三、误差分析1．测量误差：小车速度的测量．2．操作误差(1)纸带或橡皮筋与木板不平行；(2)木板倾角不当，平衡摩擦力不准．3．原理误差：橡皮筋的长度、粗细不完全相同，不能保证每根橡皮筋对小车做的功都相同．四、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．考点突破研典例、练高分、考点通关板块二考点一实验原理与操作——师生共研|研典例|【例】某学习小组做探究“合力做的功和物体速度变化的关系”的实验，下图中小车是在1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．(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、________(填测量工具)和________(选填“交流”或“直流”)电源．(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是________．A．放开小车，能够自由下滑即可B．放开小车，能够匀速下滑即可C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)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(4)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图中纸带的________部分进行测量．[解析](1)为测量小车获得的速度，必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离；使用打点计时器时必须使用交流电源．(2)平衡摩擦力时，也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力．根据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力．(3)若木板水平放置，则未平衡摩擦力．小车速度最大时，也就是加速度为零的时刻，即橡皮筋对小车的拉力等于小车受到的摩擦力的时刻，此时橡皮筋处于伸长状态，小车还未到两个铁钉的连线处，B正确．(4)应该选用纸带上小车做匀速运动部分进行测量，此时小车的速度最大，即GK部分．[答案](1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK|练高分|1．(2018届聊城一模)利用图示的实验装置探究合力做功与动能变化的关系．(1)为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，需要平衡阻力．关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是________．(2)甲组同学正确平衡了阻力，选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量M，取砝码和盘所受的总重力值作为绳子的拉力值，按正确操作得到图示的一条纸带．在纸带上选取三个连续计时点A、B、C，测得它们到静止释放的起始点O的距离分别为sA、sB、sC，打点计时器的工作周期为T，已知当地重力加速度为g，从O到B的运动过程中，拉力对小车做功W＝________，小车动能变化量ΔEk＝________.解析：(1)依据平衡阻力的原理依靠重力来平衡，同时阻力包含纸带与打点计时器直接的摩擦，故操作时需要挂上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高，故C正确，A、B、D错误．故选C.(2)选取的砝码和盘的总质量m远小于小车的质量M，所以拉力FT＝mg，从O到B的运动过程中，拉力对小车做功W＝Fs＝mgsB，运动到B点速度vB＝sC－sA2T，小车动能变化量ΔEk＝12MvB2－0＝MsC－sA28T2.答案：(1)C(2)mgsBMsC－sA28T22．如图1所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验．当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…橡皮筋重复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W….(1)图1中电火花计时器的工作电压是________V的交流电．(2)实验室提供的器材如下：长木板、小车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、电源等，还缺少的测量工具是________．(3)图1中小车上有一固定小立柱，如图2中给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，你认为最合理的套接方式是________．(4)在正确操作的情况下，某次实验所打的纸带如图3所示．打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量(根据纸带中字母回答)，小车获得的速度是________m/s.(结果保留2位有效数字)解析：(1)电火花计时器的工作电压是220V的交流电．(2)处理实验数据时需要测量两计数点间的距离，因此还需要的器材是刻度尺．(3)橡皮筋最合理的套接方式是A，以A的方式套接释放小车后，橡皮筋不会影响小车的运动．(4)由图3的纸带可知，GJ部分每两点间的距离相等，小车做匀速直线运动，因此应选用纸带的GJ部分；小车获得的速度v＝xt＝0.01300.02m/s＝0.65m/s.答案：(1)220(2)刻度尺(3)A(4)GJ0.65考点二数据处理与误差分析——师生共研|研典例|【例】某实验小组准备做“探究合力做功与物体速度变化关系”的实验．(1)实验准备过程中，在下图的一些实验器材中要选用到的有________(填字母序号)．(2)组装好实验器材后，某同学开始做实验，小车在橡皮筋作用下沿木板滑行，用1条橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条…实验时，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致，打出一系列纸带，并对打出的纸带进行测量和计算，得到了橡皮筋做功W和小车的最大速度值vm，记录在表格中，他还计算出了vm2填在表中．其中用3根橡皮条时打出的纸带如下图，请根据纸带上的数据计算出vm＝________m/s.橡皮筋做功WW2W3W4W5Wvm(m/s)0.91.191.791.99vm2(m2/s2)0.831.423.203.96(3)用作图法处理数据时，为了使图象能直观地反映实验结论，若把橡皮筋做功W作为纵坐标，应把________作为横坐标，并根据表格中的数据在坐标纸上作图．(4)根据图象得出的结论是____________________________________________．[解析](1)实验时橡皮筋拉着小车先做加速运动，然后匀速运动，小车拖着纸带运动，通过纸带求出最大速度，实验中需要打点计时器、小车、固定夹、纸带、带5根相同橡皮条的长木板．(2)当小车做匀速直线运动时，速度最大，根据纸带特点可得最大速度vm＝3.11＋3.09＋3.12×10－20.06m/s≈1.55m/s.(3)用作图法处理数据时，尽可能绘制出线性图象，应绘制W­vm2图象．(4)根据图线知，W与vm2的关系图线为过原点的倾斜直线，知合力做功与物体速度二次方成正比．[答案](1)BCDEG(2)1.55(3)vm2(4)合力做功与物体速度二次方成正比|练高分|1．(2018届开封一模)某实验小组用如图甲所示装置测量木板对木块的摩擦力所做的功．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．图乙是重物落地后打点计时器打出的纸带，纸带上的小黑点是计数点，相邻的两计数点之间还有4个点(圈中未标出)，计数点间的距离如图所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50Hz.(1)可以判断纸带的________(填“左端”或“右端”)与木块连接，根据纸带提供的数据可计算出打点计时器在打下A点、B点时木块的速度vA、vB，其中vA＝________m/s(结果保留2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，还应测量的物理量________(填入物理量前的字母)．A．木板的长度lB．木块的质量m1C．木板的质量m2D．重物的质量m3E．木块运动的时间tF．AB段的距离xAB(3)在AB段木板对木块的摩擦力所做的功的表达式WAB＝________(用vA、vB和第(2)问中测得的物理量的符号表示)．解析：(1)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，则相等时间内的位移越来越小，可知纸带的右端与木块相连．A点的瞬时速度为vA＝6.84＋7.48×10－20.2m/s＝0.72m/s.(2)重物着地后，摩擦力做功等于木块动能的变化量，根据A、B的速度大小求出摩擦力做功的大小，所以还需要测量的物理量为木块的质量，故选项B正确．(3)根据动能定理知，WAB＝12m1vA2－12m1vB2.答案：(1)右端0.72(2)B(3)12m1vA2－12m1vB22．(2017年江苏卷)利用如图1所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系．小车的质量为M＝200.0g，钩码的质量为m＝10.0g，打点计时器的电源为50Hz的交流电．(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到________．(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图2所示．选择某一点为O，依次每隔4个计时点取一个计数点．用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx，记录在纸带上．计算打出各计数点时小车的速度v，其中打出计数点“1”时小车的速度v1＝________m/s.(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取g＝9.80m/s2，利用W＝mgΔx算出拉力对小车做的功W.利用Ek＝12Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量ΔEk.计算结果见下表.W/×10－3J2.452.923.353.814.26ΔEk/×10－3J2.312.733.123.614.00请根据表中的数据，在方格纸上作出ΔEk­W图象．(4)实验结果表明，ΔEk总是略小于W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的．用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力F＝________N.解析：(1)挂钩码前，调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车，小车做匀速直线运动，表明此时已消除了摩擦力的影响．(2)打出计数点“1”时小车的速度v1＝2.06＋2.50×10－20.2m/s＝0.228m/s.(3)根据题表格中的数据，描点作图，如图所示：(4)对整体：根据牛顿第二定律有：mg＝(m＋M)a.对钩码：mg－F＝ma，联立解得绳上的拉力，F＝MmM＋mg＝0.093N.答案：(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)见解析图(4)0.093考点三实验的改进与创新——师生共研|记要点|创新角度实验装置图创新解读实验原理的创新1.运用平抛运动规律确定小物块离开C点时的速度并计算动能．2.利用动能定理确定摩擦力做功及动摩擦因数．实验器材的创新1.利用光电门和遮光片的宽度确定小车经过A、B两点的速度．2.小车匀速运动时，砝码盘和砝码的重力即为不挂砝码盘时小车所受的合外力.实验过程的创新1.小球由O点平抛的初速度由下落高度y和水平位移x反映．