2020版高考物理一轮复习 实验五 探究动能定理课件

第五章机械能返回导航1．实验目的探究功与物体速度变化的关系．2．实验原理(如图所示)返回导航(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为____．(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为____．(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系．3．实验器材_____、小车、木板、____________、纸带、铁钉、刻度尺等．4．实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡_______．2W3W橡皮筋打点计时器摩擦力返回导航(2)拉伸的橡皮筋对小车做功：①用一条橡皮筋拉小车——做功W.②用两条橡皮筋拉小车——做功2W.③用三条橡皮筋拉小车——做功3W.(3)测出每次做功后小车获得的______．(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W－v或W－v2、W－v3、……图象，直到明确得出W和v的关系．5．实验结论物体速度v与外力做功W间的关系W＝12mv2.速度返回导航规律方法总结1．实验注意事项(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与________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做_______运动，找到长木板的一个合适的倾角．(2)测小车速度时，应选纸带上的点迹均匀的部分，也就是选小车做_______运动的部分．(3)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)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．摩擦阻力匀速匀速返回导航2．实验探究的技巧与方法(1)不直接计算W和v的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的W和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理．(2)作W－v图象，或W－v2、W－v3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线．返回导航热点一教材原型实验【例1】如图所示是某研究性学习小组做探究“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，橡皮筋对小车做的功记为W.当我们把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，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打出的纸带测出．返回导航(1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有_____________；(2)平衡摩擦力后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________________部分进行测量；(3)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；返回导航橡皮筋做的功10个间距的距离x(m)10个间距的时间T(s)小车获得的速度vn小车速度的平方v第1次W0.2000.2第2次0.2800.2第3次0.3000.2第4次0.4000.2第5次0.4500.2返回导航(4)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∝__________，请你根据表中测定的数据在如图所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性．返回导航解析：(1)计算小车速度需要测量纸带上的点间的距离，要用刻度尺．(2)小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀．(3)橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加W.(4)纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑曲线连线作出v2n－Wn图象，如图所示．答案：(1)刻度尺(2)点距均匀(3)2W3W4W5W(4)v2见解析图返回导航【变式1】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，图4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．返回导航(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，能够匀速下滑即可返回导航(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5中纸带的____________部分进行测量．返回导航解析：(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；打点计时器必须使用交流电源．(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的部分进行测量，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返回导航原型是什么1．橡皮筋弹力做功，小车获得速度．2．由纸带求小车速度．3．作Wv2图像．返回导航1．钩码重力势能转化为系统动能．2．由纸带求速度．3．作Wv2图像或数值计算处理数据．返回导航高考怎么考题情一：(2013全国大纲理综，23题)创新点：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．运用动能定理求摩擦力做功及动摩擦因数．3．运用10次落点找出落点位置减小误差．返回导航题情二：(2017北京卷21题)创新点：1．推论v2与W的关系式．2．讨论未满足M≫m对结果的影响.返回导航还能怎么考题情一：(2015临汾一中、康杰一中、沂州一中、长治二中联考)创新点：1．弹簧弹性势能转化为小车的动能．2．探究弹性势能的表达式．返回导航题情二：(2018东北三校联考)创新点：1．小球的重力势能转化为小球的动能．2．由平抛运动测量速度．3．以H为横坐标，1y为纵坐标，作H1y图线处理数据．返回导航应该怎么办复习启示1．对由纸带求速度、由光电门求速度及由位移求速度的方法要多加训练，重点掌握．2．对运用做功求动能、由势能的转化求动能，要能熟练解答，灵活运用．应对策略1．弄清转化为动能的是重力势能还是弹性势能是思维的突破点．2．有无摩擦力做功，是否已平衡摩擦力是易错之处．3．正确写出势能转化为动能的表达式，或正确写出合力的功与动能关系的表达式是解答的关键.返回导航1．“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图(甲)所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4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2W，3W，4W…每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出．返回导航(1)(多选)关于该实验，下列说法正确的是__________．A．打点计时器可以用干电池供电B．实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C．每次实验小车必须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，尝试作出Wvm，Wv2m，Wv3m，W2vm，W3vm…的图像，得出合力做功与物体速度变化的关系．返回导航(2)如图(乙)所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得A，B，C，D，E相邻两点间的距离分别为AB＝1.48cm，BC＝1.60cm，CD＝1.62cm，DE＝1.62cm；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.(结果保留两位有效数字)返回导航解析：(1)打点计时器必须用交流电源；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力；每次实验小车必须从同一位置由静止弹出；根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功W与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的二次方、三次方等图像，找出图线为直线的情况，确定合力做的功与物体速度变化的关系．(2)小车获得的最大速度v＝x，t＝1.62×10－2，0.02m/s＝0.81m/s.答案：(1)CD(2)0.81返回导航2．(2018上饶一模)某实验小组设计了“探究做功与物体速度变化的关系”的实验装置，实验步骤如下：A．实验装置如图(甲)所示，细绳一端系在滑块上，另一端绕过定滑轮后挂一沙桶，小沙桶内装一定量沙子，用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫高，不断调整垫块的高度，直至轻推滑块后，滑块恰好能沿长木板向下做匀速直线运动；B．保持长木板的倾角不变，取下细绳和沙桶，将滑块右端与纸带相连，并穿过打点计时器的限位孔，接通打点计时器的电源后，释放滑块，让滑块从静止开始加速下滑；返回导航C．取下纸带，在纸带上取如图(乙)所示的A、B两计数点，并用刻度尺测出s1、s2及A、B两点间的距离s，打点计时器的打点周期为T.根据以上实验，回答下列问题：返回导航(1)若忽略滑轮质量及轴间摩擦，本实验中滑块加速下滑时所受的合外力________(填“等于”“大于”或“小于”)沙桶及沙的总重力．(2)为探究从A到B过程中，做功与物体速度变化关系，则实验中除已测量出沙与沙桶的重力mg(或者沙与沙桶的质量m)外，还需测量的量有______________________．(3)请写出探究结果表达式______________________．解析：由步骤a，b知，由于滑块在沙桶的拉力下沿斜面匀速下滑，设滑块质量为M，所受摩擦力为Ff，则Mgsinθ－Ff－mg＝0，当去掉沙桶后，滑块满足Mgsinθ－Ff＝Ma，即滑块所受合外力等于沙桶及沙的总重力．返回导航滑块下滑过程中，合外力做功为W＝mgs；打点计时器打A点时，滑块的速度大小为vA＝s12T，打B点时，滑块的速度大小为vB＝s22T，从A到B过程，滑块动能的变化量为12M(s22T)2－12M(s12T)2，则需要探究结果表达式为mgs＝12M(s22T)2－12M(s12T)2，由上式可知：为探究从A到B过程中做功与物体速度变化的关系，则实验中还需测量的量有滑块质量M.答案：(1)等于(2)滑块质量M(3)mgs＝12M(s22T)2－12M(s12T)2返回导航3．(2017江苏单科，10)利用如图甲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________．返回导航(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图乙所示，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.返回导航(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＝1，2Mv2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返回导航请根据表中的数据，在图丙中作出ΔEk－W图像．(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.返回导航解析：(1)完全平衡摩擦力的标志是轻推小车，小车做匀速运动．(2)两计数点间的时间间隔T＝5×0.02s＝0.1sv1