高考物理必考实验五探究动能定理学案

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(人教版)高三物理第一轮复习学案5-5实验探究动能定理

第五课时实验：探究功与物体速度变化的关系验证机械能守恒定律考点剖析一、探究功与物体速度变化的关系【实验目的】1．通过实验，探究功与物体速度变化的关系．2．了解探究功与物体速度变化关系的思路．3．学习利用图象法处理实验数据．【实验原理】如图所示,小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行,当我们用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次……实验时,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，那么第2次、第3次……实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次的2倍、3倍……如果把第1次实验时橡皮筋的功记为W，以后各次的功就是2W、3W。

……由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由打点计时器打出的纸带测出，这样进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．【实验步骤】1．按上图组装好实验仪器,由于小车在运动中会受到阻力，把木板略微倾斜,作为补偿．2。

先用一条橡皮筋进行实验,把橡皮筋拉伸一定长度，理清纸带,接通电源,放开小车．3。

换用纸带，改用2条、3条……同样的橡皮筋进行第2次、第3次··…实验，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都相同．4。

由纸带算出小车获得的速度，把各次实验获得的速度依次记人设计的表格中．5.对观测数据进行估计,大致判断两个量可能的关系，然后以W为纵坐标，以护（或。

、v3、石）为横坐标作图．【实验数据处理】在处理数据的时候,如果作出的功—速度曲线是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的关系是正比例关系，即W—v；如果不是直线，就需要根据测得的速度分别按v2、v3、……算出相应的功的值,实际测得的速度与哪一种最接近,它们之间就是哪一种关系．二、验证机械能守恒定律【实验目的】1．进一步明确机械能的确切含义．2．验证机械能守恒定律【实验原理】只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化,但总的机械能守恒,利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出的瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中，重力势能的减少量△P= mgh与物体动能的增加量△Ek=mv2/2相等思考1：实脸中为什么不必用天平测童重锤的质量?思考2：实验时不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，能否用来验证机械能守恒定律？【实验步骤】1．把打点计时器按图安装在铁架台上，用导线将打点计时器与学生电源连接好．2．把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔,用手竖直提起纸带，使重物停靠在打点计时器附近．3．先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点．4．取下纸带，换上新的纸带重打几条（3—5条）．5．从打出的各纸带中挑出一条点迹清晰且第1，2两打点间距离接近2 mm的纸带，在第一个打点上标出O,并从稍靠后的某一点开始，依次标出1,2,3,……并量出各点到位置O的距离h1 ,h2 ,h3，……并记人表格中，6．用公式v n=v中计算出各点对应的瞬时速度v1, v2，v3 , v4……，并记录在表格中．7．计算打各点时重力势能的减少量mgh和动能的增加量喜mv2/2并进行比较，看是否相等，将计算数值代人表格中．重点突破知识点一探究功与物体速度变化关系注意事项1．木板要略微倾斜，以平衡摩擦力（即摩擦力与重力的下滑分力力平衡）.2．实验中使用的橡皮筋应该是完全相同的橡皮筋．3．实验时使用不同条数的橡皮条时，小车应拉到同一位置由静止释放。

2021高考物理一轮复习第五单元机械能实验五探究动能定理学案人教版.doc

实验五探究动能定理[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．[实验原理]1．改变功的大小：采用实验原理图所示的实验装置，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Wv或Wv2图象．分析图象，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)、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺．[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块，反复移动木块的位置，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．[数据处理]1．求小车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．计算W、2W、3W…时对应v、v2的数值，填入下面表格.W 2W 3W 4W 5Wvv23.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．[误差分析]1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时木板倾角过大也会造成误差．3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差．命题点1 教材原型实验某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，图1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2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；打点计时器必须使用交流电源．(2)平衡摩擦力时，也要平衡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高分技法本实验注意事项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.。

2020高考物理复习实验五探究动能定理学案(无答案)新人教版

实验五探究动能定理一、实验目的探究外力对物体做功与物体的关系,通过实验数据分析,总结出做功与物体速度平方的正比关系.实验方案一探究恒力做功与速度变化1.实验原理重物通过滑轮牵引小车,当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时,可以把重物所受的当作小车受到的牵引力.如图S5-1所示.图S5-1改变重物的质量或者改变小车运动的,也就改变了牵引力做的功,从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系.2.实验器材小车、一端带滑轮的长木板、砝码、钩码、、打点计时器、纸带、等.3.实验步骤(1)垫高木板不带滑轮的一端,.(2)在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线绕过滑轮连接小车和钩码.(3)将小车停在打点计时器附近,先接通电源,再释放小车,关闭打点计时器电源.(4)改变钩码的数量,更换纸带重复进行操作.4.注意事项(1)实验前必须首先平衡摩擦力.(2)必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力,这时钩码的重力才近似等于小车所受的合外力.5.数据处理(1)小车受到的合外力F:大小近似等于所挂钩码的重力mg,故用天平测出钩码的质量m,可得F≈mg.(2)通过纸带测小车的位移l.(3)求出合力对小车做的功W=Fl=mgl.(4)通过纸带求出对应位移l时,小车获得的速度v=.6.结论研究W与v的关系,发现合力对小车做的功W与小车速度的平方成正比,即满足W∝v2.实验方案二探究变力做功与速度变化1.实验原理(如图S5-2所示)图S5-2(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离x——做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离x——做功应为.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离x——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,由图像可以确定功与速度变化的关系.2.实验器材、小车、木板、、纸带、、铁钉等.3.实验步骤(1)垫高木板的一端,平衡.(2)拉伸的橡皮筋对小车做功:①用一条橡皮筋拉小车——做功为W.②用两条橡皮筋拉小车——做功为2W.③用三条橡皮筋拉小车——做功为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……图像,直到明确得出W和v的关系.4.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)橡皮筋应选规格相同的.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.5.实验探究的技巧与方法(1)不直接计算W的数值,而只是看第2次、第3次……实验中的W是第1次的多少倍,简化数据的测量和处理.(2)作W-v图像,或W-v2、W-v3图像,直到作出的图像是一条倾斜的直线.6.实验结论物体速度v与外力做功W间的关系:W与v2成正比.热点一实验原理与实验操作例1某实验小组用如图S5-3所示的实验装置和实验器材做“探究做功与物体速度变化的关系”实验.在实验中,该小组同学把沙和沙桶的总重力当作小车受到的合外力.图S5-3(1)为了保证实验结果的误差尽量小,在实验操作中,下面的做法必要的是(填选项前的字母).A.实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作B.实验操作时要先释放小车,后接通电源C.在利用纸带进行数据处理时,所选的两个研究点离得越近越好D.在实验过程中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量(2)除实验装置中的仪器外,还需要的测量仪器有.(3)图S5-4为实验中打出的一条纸带,现选取纸带中的A、B两点来探究功与速度变化的关系.已知打点计时器的打点周期为T,重力加速度为g.图中已经标明了要测量的物理量,另外,小车的质量为M,沙和沙桶的总质量为m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来:.图S5-4变式题某学习小组做“探究做功与物体速度变化的关系”实验的装置如图S5-5所示,图中小车在一条橡皮筋作用下弹出,弹出后沿木板滑行,橡皮筋对小车做的功记为W.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(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根据打点计时器打在纸带上的点进行计算.图S5-5(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、刻度尺和(选填“交流”或“直流”)电源.(2)实验中,小车会受到摩擦力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力,则下面操作正确的是(填选项前的字母).A.放开小车,小车能够自由下滑即可B.放开小车,小车能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车,小车能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车,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(填选项前的字母).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)在正确操作的情况下,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,应选用纸带的部分进行测量.(根据如图S5-6所示的纸带回答)图S5-6热点二数据处理与误差分析例2某同学为探究做功与物体速度变化的关系,设计了如下实验,他的操作步骤是:图S5-7A.安装好实验装置如图S5-7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的钩码挂在绳子的挂钩P上.D.打开打点计时器的电源,释放小车,打出一条纸带.(1)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:(g 取10m/s2)①第1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作小车所受的拉力,算出拉力对小车做的功为J,小车动能的增量为J.(2)此次实验探究结果,他没能得到“恒力对物体做的功等于物体动能的增量”,且误差很大,显然在实验探究过程中忽视了各种产生误差的因素.请你根据该同学的实验装置和操作过程帮助分析一下,造成较大误差的主要原因是(至少答两条原因):①.②.变式题如图S5-8所示是某研究性学习小组做“探究做功与物体速度变化的关系”实验时,小车在一条橡皮筋作用下弹出并沿木板滑行的情形.这时,橡皮筋对小车做的功记为W.当把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打出的纸带测出.图S5-8(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.(4)从理论上讲,橡皮筋做的功W n和物体速度v n变化的关系应是W n∝,请你根据表中测定的数据在如图S5-9所示的坐标系中作出相应的图像验证理论的正确性.图S5-9热点三实验拓展与实验创新数据测量例3如图S5-10所示,某研究性学习小组为探究物体做功与动能变化的关系,设计了如下实验:平直轨道B固定在水平桌面上.弹射装置A固定于轨道上,小球被劲度系数较大的处于压缩状态的弹簧弹出后从轨道端点O滑出做平抛运动落到地面.已知弹簧的弹性势能的表达式为E p=kx2,式中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量.图S5-10(1)为减小实验误差,弹射装置距离轨道端点O应该(选填“近些”或“远些”).(2)实验中(选填“需要”或“不需要”)测量桌面的高度.(3)改变弹簧的压缩量x,并测出对应的小球做平抛运动的水平位移s,在图S5-11的坐标纸中根据已描出的点作出合理的图线.图S5-111.做“探究功和速度变化的关系”实验时,有如图S5-12甲、乙所示的两套实验装置.请回答下列问题.(1)两种实验装置都必须满足的条件或进行的操作是(填选项前的字母).A.都需要平衡摩擦力B.小车的质量必须足够大,甲图中小车的质量要远大于橡皮筋的质量,乙图中小车的质量要远大于钩码的质量C.木板必须是光滑的D.所用的打点计时器都必须使用交流电源图S5-12(2)用图甲实验装置打的纸带如图丙所示,其中在AG段小车做加速运动,在GJ段小车做匀速运动,那么应该用(选填“AG”或“GJ”)段来计算小车的速度.(3)用图乙实验装置打出的纸带如图丁所示.某同学想利用BE段验证动能定理,测出纸带上A、C间的距离为s1,D、F间的距离为s2,B、E间的距离为s3;该同学又用天平分别测出小车质量为M,钩码的总质量为m;已知打点计时器的打点频率为f,重力加速度为g.从打B点到打E点的过程中,合力对小车做的功是,小车动能的增量是.(用题中的物理量符号表示)2.用如图S5-13甲所示装置探究功与速度变化的关系,进行的主要操作步骤如下:a.不挂橡皮筋,调整木板的倾斜程度,使小车拖动纸带匀速运动;b.将小车拉至靠近打点计时器处,接通打点计时器电源,放开小车;c.加挂一条、两条相同的橡皮筋,重复b步骤.图S5-13(1)某次实验中打出的一条纸带如图乙所示,D之前各点间的距离不相等,E之后各点间的距离都相等.若使误差最小,T为打点周期,下列计算小车匀速运动的速度的表达式最好的是(填选项前的字母).A.v=B.v=C.v=D.v=(2)若挂一条橡皮筋时E点之后相邻两点之间的距离均为x1,挂两条时E点之后相邻两点之间的距离均为x2,则x1∶x2= .(3)若测得A、B、C、D四点之间的距离分别为x AB、x BC、x CD,则(填选项前的字母).A.x BC-x AB=x CD-x BCB.x BC-x AB<x CD-x BCC.x BC-x AB>x CD-x BC3.[2018·福州十中月考]探究外力做功与物体动能变化关系的实验装置如图S5-14所示,根据实验中力传感器读数和纸带的测量数据可求得外力对小车做的功和小车动能的变化.图S5-14(1)关于该实验,下列说法中正确的是(填选项前的字母).A.调整滑轮高度,使连接小车的细线与木板平行B.实验中要始终满足钩码的质量远小于小车的质量C.若纸带上打出的是短线,可能是打点计时器输入电压过高造成的D.平衡摩擦力时,调整垫块的高度,改变钩码质量,使小车能在木板上做匀速运动(2)除了图中给出的器材外,实验中还需要交流电源、导线、刻度尺和.(3)某次实验中打出了一条纸带,其中一部分如图S5-15所示.图中各点是连续的计时点,A、B、D、E、F各点与O点间的距离如图所示,设小车质量为m,打点周期为T,本次实验过程中力传感器的读数为F,则A到E过程外力做功W1= ,小车动能变化ΔE k1= ;在不同次实验中测得多组外力做功W和对应的动能变化ΔE k的数据,作出W-ΔE k图像如图S5-16所示,图线斜率约等于1,由此得出的结论是.图S5-15图S5-164.某同学用图S5-17甲所示的实验装置探究恒力做功与小车动能变化的关系.图S5-17(1)为了能用沙和沙桶的总重力所做的功表示小车所受拉力做的功,本实验中小车质量M (选填“需要”“不需要”)远大于沙和沙桶的总质量m.(2)图乙为实验得到的一条清晰的纸带,A、B、C、D、E、F、G是纸带上7个连续的点,s AD= cm.已知电源频率为50Hz,则打点计时器在打D点时纸带的速度v= m/s(保留两位有效数字).(3)该同学画出小车动能变化ΔE k与拉力对小车所做的功W的关系图像,由于实验前遗漏了平衡摩擦力这一关键步骤,他得到的实验图线(实线)应该是图S5-18中的(填选项字母).图S5-18。

实验5 探究动能定理(教学案)-2019年高考物理一轮复习精品资料解析

2019年高考物理一轮复习精品（教学案）实验五探究动能定理1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.体会探究过程和所使用的方法．【实验目的】1．通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系．2．通过分析实验数据，总结出做功与物体速度的平方的正比例关系.【实验原理】探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体的速度，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.【实验器材】小车(前面带小钩)、100 g～200 g砝码、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(使用电火花计时器则不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．【实验步骤】1．按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．图12．先用一条橡皮筋做实验，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，这时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……橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格.【数据处理】先对测量数据进行估计，或者作个W－v草图，大致判断两个量可能是什么关系．如果认为可能是W∝v2，对于每一个速度值算出它的二次方，然后以W为纵坐标、v2为横坐标作图，如果这样作出来的图象是一条直线，说明两者关系真的就是W∝v2.【误差分析】1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．3．利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准会带来误差．【注意事项】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．方法是轻推小车，由打点计时器j打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板一个合适的倾角．2．测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点．3．橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的一种思想和手段．(历史上卡文迪许扭秤实验和这里相似)高频热点一实验原理及数据处理【例1】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。

高中物理探究动能定理导学案新人教版必修2

图1 实验五探究动能定理一、实验目的1．通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系．2．通过分析实验数据，总结出做功与物体速度的平方的正比例关系．二、实验原理探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体的速度，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 . 三、实验器材小车(前面带小钩)、100 g ～200 g 砝码、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(使用电火花计时器则不用学生电源)、5～6条等长的橡皮筋、刻度尺．四、实验步骤1．按如图1所示将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力．2．先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v 1，设此时橡皮筋对小车做的功为W 1，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，这时橡皮筋对小车做的功为W 2，测出小车获得的速度v 2，将数据记入表格．4．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、数据处理先对测量数据进行估计，或者作个W －v 草图，大致判断两个量可能是什么关系．如果认为可能是W ∝v 2，对于每一个速度值算出它的二次方，然后以W 为纵坐标、v 2为横坐标作图，如果这样作出来的图象是一条直线，说明两者关系真的就是W ∝v 2. 六、误差分析1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W 与橡皮筋的条数不成正比．2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差． 3．利用打点的纸带计算小车的速度时，测量不准会带来误差．七、注意事项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．方法是轻推小车，由打点计时器j 打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到木板一个合适的倾角．2．测小车速度时，应选纸带上点距均匀的部分，也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点．3．橡皮筋应选规格一样的．力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可，不必计算出图3具体数值．这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题，这也是物理实验中常用的一种思想和手段．(历史上卡文迪许扭秤实验和这里相似) 记忆口诀一条皮筋单倍功，多条皮筋功倍增. 先开打点计时器，放开小车向前冲. 平衡摩擦是关键，每次车位不能变. 测量点子均匀处，保证小车是匀速. 作出图象看关系，直线图象是正比.例1 关于“探究动能定理”的实验中，下列叙述正确的是 ( ) A ．每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值 B ．每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致 C ．放小车的长木板应该尽量使其水平D ．先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出特别提醒 1.不直接算W 和v 的数值，而只看第2次、第3次……实验中的W 和v 是第1次的多少倍，这样可简化数据的测量和处理．2．实验中要通过倾斜木板平衡摩擦力，这与探究加速度与力、质量关系中平衡摩擦力的方法是一样的．例2 某实验小组采用如图2甲所示的装置探究功与速度变化的关系，小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，打点计时器工作频率为50 Hz.甲乙图2(1)实验中木板略微倾斜，这样做____________(填答案前的字母)． A ．是为了释放小车后，小车能匀加速下滑 B ．是为了增大橡皮筋对小车的弹力C ．是为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D ．是为了使橡皮筋松驰后小车做匀加速运动(2)若根据多次测量数据画出的W －v 草图如图乙所示，根据图线形状可知，对W 与v 的关系作出的以下猜想肯定不正确的是________．A ．W ∝ vB ．W ∝1vC ．W ∝v 2D ．W ∝v 3例3 如图3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．小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出．图4(1)除了图中的已给出的实验器材外，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_____________________； (3)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；(4)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；数据物理量橡皮筋做的功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v n小车速度的平方v 2n1 W0.200 0.2 2 0.280 0.2 3 0.300 0.2 4 0.400 0.2 50.4500.2(5)从理论上讲，橡皮筋做的功W n 和物体速度v n 变化的关系应是W n ∝________，请你根据表中测定的数据在如图4所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性．(6)若在实验中你作出的图线与理论的推测不完全一致，你处理这种情况的做法是____________________________________． 16.创新探究性实验的解题方法例 4 某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关系”．实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W ∝ v ，②W ∝v ，③W ∝v 2.他们的实验装置如图5甲所示，PQ 为一块倾斜放置的木板，在Q 处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q 点时的速度)，每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放．图5同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中L 1、L 2、L 3、L 4…代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v 1、v 2、v 3、v 4…表示物体每次通过Q 点的速度实验次数1234... L L 1 L 2 L 3 L 4 (v)v 1v 2v 3v 4…他们根据实验数据绘制了如图乙所示的L －v 图象，并得出结论W ∝v 2.他们的做法是否合适，你有什么好的建议？在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小________(填“会”或“不会”)影响探究出的结果．方法提炼纵观近几年各地高考试题，创新探究型实验试题正成为高考试题的主流题型，这也正是新课标精神在高考中的具体表现．创新探究型实验的特点是：利用课本实验的仪图6图7器、思想和方法来完成不同于课本的实验目的，如利用牛顿第二定律的装置来完成探究动能定理的实验，有些试题中可能会出现新的实验器材，但这些器材也是在教材上出现的，例如光电门、气垫导轨、力传感器等，无论是应用什么样的实验器材，实验的思想和方法都来源于课本实验，是课本实验思想和方法的迁移应用．解决创新探究实验试题的基础是熟练掌握考试说明要求的物理实验，重点是基本实验器材的使用方法和实验中体现的物理思想，例如平衡摩擦力的方法、用重力代替拉力的方法、控制变量的方法、累积法测量微小量的方法、图象探究物理量关系的方法、微小量放大测量的方法、平均值减小误差的方法等等．解决创新探究实验试题的关键是能将学过的实验知识和方法在不同的情境下迁移应用，这对同学的综合分析问题并能运用所学知识解决问题的能力提出了较高的要求. 1．用如图6所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是 ( )A ．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B ．每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C ．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D ．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E ．实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F ．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G ．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 2．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，实验装置如图7所示，实验主要过程如下：(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为W 、2W 、 3W 、…；(2)分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度v 1、v 2、v 3、…；(3)作出W －v 草图；(4)分析W －v 图象．如果W －v 图象是一条直线，表明W ∝v ；如果不是直线，可考虑是否存在W ∝v 2、W ∝v 3、W ∝v 等关系．以下关于该实验的说法中有一项不正确，它是________．A ．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W 、2W 、3W 、….所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致．当用1条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W ，用2条、3条、…橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W 、3W 、… B ．小车运动中会受到阻力，补偿的方法可以使木板适当倾斜C ．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现图10这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小D ．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算3．在追寻科学家研究足迹的过程中，某同学为探究恒力做功和物体动能变化间的关系，采用了如图8所示的“探究物体加速度与物体质量、受力之间关系”的实验装置．图8(1)实验时，该同学想用钩码的重力表示滑块受到的合力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中应该采取的两项措施是____________和__________________． (2)如图9所示是实验中得到的一条纸带，其中A 、B 、C 、D 、E 、F 是连续的六个计数点，相邻计数点间的时间间隔为T ，相邻计数点间的距离已在图中标出，测出滑块的质量为M ，钩码的总质量为m .从打B 点到打E 点的过程中，为达到实验目的，该同学应该寻找______________和______________之间的数值关系(用题中和图中的物理量符号表示)图94. 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究 “动能定理”．如图10所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm 的A 、B 两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A 、B 时的速度大小．小车中可以放置砝码．(1)实验主要步骤如下：①测量__________和拉力传感器的总质量M 1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路．②将小车停在C 点，__________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A 、B 时的速度．③在小车中增加砝码，或____________，重复②的操作．(2)下面的表格中是他们测得的几组数据，其中M 是M 1与小车中砝码质量之和，|v 22－v 21| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE ，F 是拉力传感器受到的拉力，W 是F 在A 、B 间所做的功．表格中ΔE 3＝______，W 3＝__________.(结果保留次数 M /kg|v 21－v 22| /(m/s)2ΔE /J F /NW /J1 0.500 0.760 0.190 0.400 0.2002 0.500 1.65 0.413 0.840 0.4203 0.500 2.40 ΔE 3 1.220 W 34 1.000 2.40 1.20 2.420 1.21 51.0002.841.422.8601.43(3)根据表格，请在图11中的方格纸上作出ΔE－W图线．图11答案课堂探究例1 D [实验中没有必要测出橡皮筋做功的具体数值，只要测出后来各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A错误；为了使以后各次实验中橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍，必须使每次实验中橡皮筋拉伸的长度保持一致，B错误；为减小误差，实验中应使木板倾斜以平衡摩擦力，C错误；实验中应先接通电源，然后再放开小车，D正确．] 例2 (1)C (2)AB例 3 (1)刻度尺(2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力(3)点距均匀(4)2W、3W、4W、5W(5)v2n图象见解析图(6)分析误差来源，改进实验方案或测量手段，重新进行实验例4 不合适，应进一步绘制L－v2图象不会随堂训练1．ABCF 2.D3．(1)保证钩码的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力(2)mg(Δx2＋Δx3＋Δx4)1 2M(Δx4＋Δx52T)2－12M(Δx1＋Δx22T)24．(1)①小车、砝码②释放小车③减少砝码(2)0.600 0.610 (3)如图所示。

高考物理一轮复习第五章机械能实验五探究动能定理学案

实验五探究动能定理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1所示)图1(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2W.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W.(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.实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉、刻度尺等.4.实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力.(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速度.(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 ＝12mv 2.1.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做匀速运动，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，也就是选小车做匀速运动的部分. (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. 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 －v 2、W －v 3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线.命题点一教材原型实验例1 如图2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.图2(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；(4)从理论上讲，橡皮筋做的功W n 和物体速度v n 变化的关系应是W n ∝，请你根据表中测定的数据在如图3所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性.图3答案 (1)刻度尺 (2)点距均匀 (3)2W 3W 4W 5W (4)v n 2见解析图解析 (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v n 2－W n 图象，如图所示.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.图4(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5中纸带的部分进行测量.图5答案(1)刻度尺交流(2)D (3)B (4)GK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.命题点二实验装置的创新1.装置时代化↓↓↓↓↓2.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→自由下落阻力减少→气垫导轨减少摩擦力.(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＝dΔt→速度传感器直接显示速度大小.创新点1 实验装置的创新——利用重物牵引小车例2(2017·北京理综·21)如图6所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况.利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验.图6(1)打点计时器使用的电源是(选填选项前的字母).A.直流电源B.交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是(选填选项前的字母).A.把长木板右端垫高B.改变小车的质量在不挂重物且(选填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车.若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响.A.计时器不打点B.计时器打点(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图7所示.图7实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功W ＝，打B 点时小车的速度v ＝.(4)以v 2为纵坐标，W 为横坐标，利用实验数据做出如图8所示的v 2－W 图象.由此图象可得v 2随W 变化的表达式为.根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含v 2这个因子，分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是.图8(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图中正确反映v 2－W 关系的是.答案 (1)B (2)A B (3)mgx 2 x 3－x 12T(4)v 2＝4.7W 质量 (5)A解析 (1)打点计时器使用交流电源.(2)平衡摩擦力的方法为将木板一端垫高，使得重力沿木板方向的分力与摩擦力和其他阻力平衡，使小车做匀速直线运动；判断小车做匀速直线运动是根据纸带上相邻点间的距离相等判定，故需计时器打点.(3)拉力大小为mg ，O 到B 位移为x 2，根据功的公式得W ＝mgx 2.由于小车做匀加速直线运动，B 点为AC 的时间中点，AC 段的平均速度等于B 点的瞬时速度，即v ＝x 3－x 12T.(4)因v 2W 图象为直线，则设v 2＝kW ＋b ，从图中读出b ＝0.005，在图中直线上任取两个相距较远的点，可得：k ≈4.7，在作图误差允许的范围内表达式可写成v 2＝4.7W .由等式两端的物理量单位可知，左侧单位m 2·s －2，右侧W 单位为J.所以k 的单位为m 2·s －2J ＝m 2·s－2kg·m 2·s－2＝1kg，所以与斜率有关的物理量是质量. (5)设小车质量为M ，以重物与小车整体为研究对象，则a ＝mgm ＋M，设小车滑行x 时速度为v ，则v 2－0＝2ax .可得v 2＝2m ＋M ·mgx .实验中认为W ＝mgx ，所以v 2＝2m ＋M·W ，m 与M 为定值，故A 正确.创新点2 实验装置的创新——利用光电门和气垫导轨例3 (2017·云南昆明模拟)利用气垫导轨探究动能定理，实验装置如图9所示.实验步骤如下：图9①调整水平桌面上的气垫导轨至水平；②测量挡光条的宽度l ，两光电门间的中心间距s ，用天平称出滑块和挡光条的总质量M ，托盘和砝码的总质量m ；③将滑块移至光电门1左侧某位置，由静止释放滑块，从计时器中分别读出挡光条通过两光电门的时间Δt 1、Δt 2.用测量的物理量求解下列物理量：(1)滑块通过光电门1和2时瞬时速度分别为v 1＝，v 2＝.(2)滑块通过光电门1和2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝，E k2＝.外力对系统做的功为W ＝.(3)实验中，验证动能定理是否成立的关系式为. 答案 (1)l Δt 1 lΔt 2(2)12(M ＋m )(l Δt 1)2 12(M ＋m )(l Δt 2)2 mgs (3)mgs ＝12(M ＋m )[(l Δt 2)2－(l Δt 1)2]解析 (1)由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度，v 1＝l Δt 1，v 2＝l Δt 2.(2)根据动能的定义式得：通过光电门1，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能为E k1＝12(M ＋m )(l Δt 1)2通过光电门2，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能为E k2＝12(M ＋m )(l Δt 2)2在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，外力对系统做的总功W ＝mgh ＝mgs . (3)如果W ＝ΔE k ＝E k2－E k1，则可认为验证了动能定理. 创新点3 实验装置的创新——利用传感器例4 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器来探究动能定理.如图10所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到的拉力的大小.在水平桌面上相距50.0cm 的A 、B 两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A 、B 时的速度大小.小车中可以放置砝码.图10(1)实验主要步骤如下：①测量和拉力传感器的总质量m 1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需装置.②将小车停在C 点，接通电源，，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A 、B 时的速度.③在小车中增加砝码，或，重复②的操作.(2)如表是他们测得的几组数据，其中m 是m 1与小车中砝码质量之和，|v 22－v 12|是两个速度传感器所记录速度的二次方差的绝对值，可以据此计算出动能变化量ΔE k ，F 是拉力传感器受到的拉力，W 是F 在A 、B 间所做的功.表格中的ΔE k3＝J ，W 3＝J.(结果保留三位有效数字)数据记录表(3)根据表中数据在图11中的坐标纸上作出ΔE k —W 图线.图11答案 (1)①小车 ②然后释放小车 ③减少砝码 (2)0.600 0.610 (3)见解析图解析 (2)ΔE k3＝12m |v 22－v 12|＝12×0.500×2.400J＝0.600JW 3＝F 3·L AB ＝1.220×0.500J ＝0.610J(3)如图所示命题点三实验方案的创新例5 为了探究动能改变与合外力做功的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹子的重锤跨过定滑轮相连，重锤后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图12甲所示.第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示.打出的纸带如图丙所示.图12请回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数点间的时间间隔为Δt ，O 点为打点计时器打下的第一点，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B 点时滑块运动的速度v B ＝.(2)已知重锤质量为m ，当地的重力加速度为g ，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块(写出物理量名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W 合＝.(3)算出滑块运动OA 、OB 、OC 、OD 、OE 段合外力对滑块所做的功W 以及在A 、B 、C 、D 、E 各点的速度v ，以v 2为纵轴、W 为横轴建立直角坐标系，描点作出v 2－W 图象，可知该图象是一条，根据图象还可求得.答案 (1)x 3－x 12Δt(2)下滑的位移x mgx (3)过原点的直线滑块的质量M 解析 (1)由打出的纸带可知B 点的速度为v B ＝x 3－x 12Δt；(2)由功的定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x ，由动能定理可知W 合＝ΔE k ，即mgx ＝ΔE k ；(3)v 2－W 图象应该为一条过原点的直线，根据ΔE k ＝12Mv 2可求得M 的值. 变式2 测量滑块在运动过程中所受的合外力是探究动能定理实验要解决的一个重要问题.为此某同学设计了如下实验方案：A.实验装置如图13甲所示，滑块后面夹纸带，纸带穿过打点计时器(频率为50Hz).一端系在滑块上的细绳通过转轴光滑的轻质滑轮挂上钩码，用垫块将长木板固定有定滑轮的一端垫起.调整长木板的倾角，打开打点计时器后轻推滑块，滑块沿长木板向下做匀速直线运动；B.保持长木板的倾角不变，取下细绳和钩码，打开打点计时器，让滑块只拖着纸带沿长木板向下做匀加速直线运动.请回答下列问题：图13(1)滑块做匀速直线运动时，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是.(2)滑块在匀加速下滑过程中所受的合外力大小(选填“大于”“等于”或“小于”)钩码的重力大小.(3)当滑块沿长木板向下做匀加速直线运动时，某同学打出的一条纸带如图乙所示，用刻度尺测得计数点1、2、3、4到计数起点0的距离分别为3.15cm 、12.40cm 、27.70cm 、49.05cm.由此可得物体的加速度为m/s 2.(计算结果保留三位有效数字)(4)若滑块质量为m 0、钩码质量为m ，当打点计时器打下1、3点时滑块的速度分别为v 1和v 2，1、3两点之间距离为s ，重力加速度为g ，探究结果的表达式是.(用相应的符号表示)答案 (1)等间距(或均匀)的 (2)等于 (3)6.06 (4)mgs ＝12m 0v 22－12m 0v 12 解析 (1)此实验平衡摩擦力后，确定滑块做匀速直线运动的依据是，打点计时器在纸带上所打出点的分布应该是等间距的.(2)因为在钩码作用下，滑块做匀速运动.根据力的合成可知，当去掉钩码后小车受到的合力大小等于钩码的重力大小.(3)根据匀变速直线运动过程，在相等时间内走过的位移差是一个定值可得a ＝－－－＋－－3.15]2×10－2m/s 2≈6.06m/s 2.(4)根据(2)可得滑块受到的合力所做的功为mgs ，而1、3两点的动能差为12m 0v 22－12m 0v 12，所以只需验证mgs ＝12m 0v 22－12m 0v 12.。

2021版高考物理一轮复习第5章机械能第5节实验：探究动能定理验证机械能守恒定律学案

第5节实验：探究动能定理验证机械能守恒定律一、实验：探究动能定理1．实验目的：(1)探究动能定理．(2)感悟实验方案的设计和实验数据的处理方法．2．实验的方法：如图所示，依次用2根、4根、6根……同样的橡皮筋与物体相连接，并且每次将橡皮筋拉伸相同的长度，这样操作，无须计算就可知道橡皮筋对物体所做的功依次为W、2W、3W……而每次橡皮筋对物体做功后的速度，可用打点计时器测出．3．实验器材：打点计时器(含纸带、学生电源、复写纸、连接导线)、同种橡皮条(10根)、小车、长木板、钉子、刻度尺．4．实验步骤：(1)按图连接好器材．橡皮筋的一端套在小车上，另一端套在钉子上，第一次用两根橡皮筋．将长木板倾斜一个角度，使重力沿斜面向下的分力平衡小车受到的摩擦力．(2)将小车拉到靠近打点计时器的位置(在橡皮筋弹性限度内)，并标记下此位置；接通电源后松手．(3)换上纸带，并在纸带上做好标记，每次增加两根橡皮筋，然后将小车拉到同一位置，接通电源后松手．依次再做四次．(4)根据纸带求橡皮筋对小车做功后的速度．在每条纸带上找出点间距相等的那部分，它记录的是小车做匀速运动的情况，如图所示的计数点B、E、C部分．用刻度尺量出计数点B、C之间的距离d，设相邻两计数点间的时间隔为T，那么，橡皮筋对小车做功后的速度：v i＝__d2T__．(5)分析测量数据得出实验结论．根据实验所得数据W i与v i，猜想W i与v i的关系，先看它们是否满足最简单的正比关系，即：W i∝v i.接着再猜想W i∝v2i？大致成立后，再作W i－v2i 图进行验证．5．实验结论：W i∝v2i.6．实验中应注意事项(1)平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，为了保证橡皮筋对物体的功就是合外力的功，必须设法排除摩擦力的影响．可采用将木板一端垫高的方法来实现．将木板一端垫高，让自由小车(不系橡皮筋时)能在木板上匀速运动，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就消除了摩擦力的影响．(2)每次实验所用的每条橡皮筋，其长度、材料和粗细都应是相同的，并且橡皮筋拉伸的长度都保持一致．(3)打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选点间间距相等的一段纸带来计算小车的速度，因这一小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形．二、实验：验证机械能守恒定律1．实验目的：验证物体做自由落体运动时机械能守恒．巩固由纸带求瞬时速度的方法，体验误差分析．2．实验原理：自由下落的物体只有重力做功，若减小的势能等于增加的动能，即：__－ΔE p ＝ΔE k __，则物体机械能守恒．3．实验的方法：让连着纸带的重物由静止自由下落，重物下落的高度h ，和下落高度h时重物的速度v ，可根据纸带得出．看__gh ＝12v 2__是否成立．4．实验器材：铁架台、重物、打点计时器、低压交流电源、开关、刻度尺、复写纸、纸带、导线．5．实验步骤：(1)按装置图a 安装好器材，注意打点计时器板面竖直，保证两个限位孔中心在同一竖直线上，并用导线将计时器接到低压交流电源上．(2)将长约1米的纸带一端用小夹子固定在重物上后，另一端(上端)穿过打点计时器限位孔，用手提着纸带，使重物静止并靠近计时器的下方．(3)接通电源，让重物带动纸带自由下落，计时器在纸带上打下一系列的点．(4)换几次纸带，重复上述(2)、(3)步骤．(5)在所得到的纸带中，选取点迹清晰的3条纸带进行测量．先记下第一点作为O 点，再在纸带上点迹清晰部分依次连续地选取三个计数点，且相邻两计数点间的时间相等，设为T ，如图b 所示的D 、E 、F 三点，用刻度尺测出距O 点到E 点的距离设为h i ，以及D 、F 间的距离s.(6)用公式v i ＝s 2T，计算出E 点对应速度． (7)看势能减少量mgh i 是否等于动能增加量12mv 2i . 6．实验结论：重物自由下落时机械能守恒．7．实验中应注意的事项．(1)因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m ，而只需验证12v 2i ＝gh i 就行了． (2)打点计时器要竖直架稳，使板面在同一竖直平面内，其两限位孔中心要在同一竖直线上，以尽量减少纸带与打点计时器间的摩擦阻力．(3)实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落．(4)测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能弄错．为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些．(5)由于实验中不可避免地存在纸带与限位孔、振针间的摩擦及空气阻力作用，因此减小的重力势能值ΔE p要大于增加的动能值ΔE k.对应学生用书p104实验原理与操作1 某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验，实验装置如图所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，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(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根据打点计时器打在纸带上的点进行计算．(1)除了上图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和________(选填“交流”或“直流”)电源．(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是________．A．放开未拖着纸带的小车，能够自由下滑即可B．放开未拖着纸带的小车，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，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[解析] (1)打点计时器使用的是交流电源．(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，D正确．(3)水平放置木板，放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，B正确．[答案] (1)交流(2)D(3)B2 某同学用如图甲所示的装置，利用重物自由下落来验证机械能守恒定律．(1)该实验中，下列做法正确的是________．A ．重物选用质量和密度较大的金属锤B ．应先释放重物后接通电源C ．两限位孔在同一竖直面内上下正对D ．可以由公式v ＝gt 求打某点时纸带的速度(2)实验中得到的一条点迹清晰的纸带如图乙所示，若把第一个点记做O ，另选连续的三个点A 、B 、C 作为测量点，测得A 、B 、C 到O 的距离分别为71.18 cm 、78.76 cm 、86.76 cm .所用重物的质量为1.00 kg .打点计时器所用交流电的频率为50 Hz .g 取10 m /s 2.①乙图中，纸带的________(填“左”或“右”)端与重物相连；②根据以上数据，可知重物由O 点运动到B 点，重力势能的减少量为______J ，动能的增加量为______J ．(计算结果保留三位有效数字)[解析] (1)为了减小阻力的影响，重物应选用质量大、体积小、密度大的材料，A 正确；实验时应先接通电源后释放重物，B 错误；两限位孔在同一竖直面内上下正对，避免纸带与限位孔摩擦，减小误差，C 正确；实验时不能根据v ＝gt 求解瞬时速度，否则默认机械能守恒，失去验证的意义，D 错误．(2)①重物做加速运动，所以打点间距逐渐变大，左端和重物相连．②重力势能减小量ΔE p ＝mgh OB ＝1×10×0.787 6 J ≈7.88 J .打B 点重物的瞬时速度v B ＝x AC 2T ＝0.867 6－0.711 82×0.02 m /s ＝3.895 m /s ，则动能增加量 ΔE k ＝12mv 2B ＝12×1×3.8952 J ≈7.59 J .[答案] (1)AC (2)①左 ②7.88 7.59【变式1】在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验中．(1)下列说法不正确的是( )A ．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B ．为简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C ．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D ．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值(2)根据实验数据作出了如图所示的W －v 图象，下列符合实际的是( )(3)某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因是：________________________________．[答案] (1)D (2)B (3)可能没有使木板倾斜或倾角太小【变式2】用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压有6 V 的交流电和直流电两种．重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律．(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A ．按照图示的装置安装器材；B ．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C ．用天平测出重物的质量；D ．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带；E ．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F ．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是________．(将其选项对应的字母填在横线处)(2)在验证机械能守恒定律的实验中，若以12v 2为纵轴、以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2－h 的图象应是____________________，才能验证机械能守恒定律.12v 2－h 图象的斜率等于________的数值．[解析] (1)打点计时器应接到电源的交流输出端上，故B 错误；验证机械能是否守恒只需验证mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2，m 可约去，故不需要用天平测重物的质量，故C 没有必要进行；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会使实验产生较大的误差，故D 错误．(2)利用12v 2h 图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mgh ＝12mv 2，即12v 2＝gh ，若以12v 2为纵轴、以h 为横轴，画出的图线应是过原点的倾斜直线，由以上易知12v 2－h 图线的斜率就等于重力加速度g 的数值．[答案] (1)BCD (2)过原点的倾斜直线重力加速度g数据处理、误差分析3 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验．(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________．A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量和势能变化量C．速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________．A．交流电源B．刻度尺C．天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h A、h B、h C.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔE p＝________，动能变化量ΔE k＝________．(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________．A．利用公式v＝gt计算重物速度B．利用公式v＝2gh计算重物速度C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响D．没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________[解析] (1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，A项正确．(2)电磁打点计时器使用的是交流电源，故要选A，需要测纸带上两点间的距离，还需要刻度尺，选B，根据mgh＝12mv2－0可将等式两边的质量抵消，不需要天平，故选A、B.(3)重物的重力势能变化量为ΔE p＝－mgh B，动能的变化量ΔE k＝12mv2B＝12m⎝⎛⎭⎪⎫h C－h A2T2＝m（h C－h A）28T2.(4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，C正确．(5)该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力F阻恒定，根据mgh－F阻h＝12mv2－0，则v2＝2⎝⎛⎭⎪⎫g－F阻mh可知，v2－h图象就是过原点的一条直线．要想通过v2－h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g.[答案] (1)A(2)AB(3)－mgh B m（h C－h A）28T2(4)C(5)见解析4 用如图甲所示的实验装置完成“探究动能定理”实验．请补充完整下列实验步骤的相关内容．(1)用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为________cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离s.(2)在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等．(3)取下细线和砝码盘，记下________________________(填写相应物理量及其符号)．(4)让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B所用的时间Δt A和Δt B.(5)在步骤(4)中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W合＝________，小车动能变化量ΔE k＝__________(用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g)，比较W 合和ΔE k的值，找出两者之间的关系．(6)重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复(2)～(5)步骤．(7)本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是________．A．尽量减小两光电门间的距离sB ．调整滑轮，使细线与长木板平行C ．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量[解析] (1)由于游标卡尺是20分度，所测遮光片的宽度应是主尺读数与游标尺两读数之和，即5 mm ＋4×0.05 mm ＝5.20 mm ＝0.520 cm .(3)在砝码盘中放入适量砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A 和光电门B 的时间相等，这一步目的是使取下细线和砝码盘后小车运动所受合外力等于砝码和砝码盘的重力(m ＋m 0)g ，所以当取下细线和砝码盘时，记下砝码盘中砝码的质量m.(5)小车从光电门A 下滑至光电门B 过程中合外力做的总功W 合＝(m ＋m 0)gs ，小车动能变化量ΔE k ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt B 2－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt A 2，比较W 合和ΔE k 的值，找出两者之间的关系． (7)尽量减小两光电门间的距离s ，会增大误差，选项A 错误；调整滑轮，使细线与长木板平行，这样细线拉力等于小车做加速运动时受到的合外力，有利于减小误差，选项B 正确；本实验没有用砝码和砝码盘的重力代替细线的拉力对小车做功，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，选项C 错误．[答案] (1)0.520 (3)砝码盘中砝码的质量m (5)(m ＋m 0)gs 12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt B 2－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt A 2(7)B, 利用重物带动纸带竖直下落做“验证机械能守恒定律”实验的考查，主要在数据的计算处理和误差分析两方面．1．数据处理和守恒的验证有以下三种方法：方法一：利用起始点和第n 点计算，代入gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12v 2n ，则验证了机械能守恒定律．方法二：任取两点计算(1)任取两点A 、B 测出h AB ，算出gh AB .(2)算出12v 2B －12v 2A 的值．(3)如果在实验误差允许的范围内gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则验证了机械能守恒定律．方法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h ，并计算各点速度的平方v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2－h 图线．若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g 的直线，则验证了机械能守恒定律．2．误差分析(1)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量必定稍小于势能的减少量，这是属于系统误差，减少空气阻力影响产生的方法是：使纸带下挂的重物重力大些，且体积要小．(2)打点计时器产生的误差①由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差．②计数点选择不好、振动片振动不均匀、纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差． ③打点时的阻力对纸带的运动性质有影响，这也属于系统误差．(3)由于测长度带来的误差属偶然误差，减少办法：一是测距离时都应从O 点量起，二是多测几次取平均值．(4)物体下落过程中通过某一位置的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差．)【变式3】如图甲所示的装置叫做“阿特伍德机”，它是早期英国数学家和物理学家阿特伍创制的一种著名的力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示，已知重力加速度为g.实验时，该同学进行了如下操作①将质量均为M 的重物A 、B(A 含挡光片及挂钩、B 含挂钩)用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态．测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h ；②在B 的下端挂上质量也为M 的物块C ，让系统(重物A 、B 以及物块C 中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt ；③测出挡光片的宽度d ，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．(1)如果系统(重物A 、B 以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为__________．(用g 、h 、d 和Δt 表示)(2)引起该实验系统误差的主要原因有________________________________________________________________．(写一条即可)[解析] (1)重物A 经过光电门时的速度v ＝dΔt ，增加量ΔE k ＝12×3Mv 2＝32M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2，系统重力势能的减小量为Mgh ，系统机械能守恒应满足的关系式为：Mgh ＝32M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2，化简得gh ＝32⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2. (2)系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原因可能是：绳子有一定的质量、滑轮与轴之间有摩擦、重物运动受到空气阻力．[答案] (1)gh ＝32⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2(2)绳子有一定的质量、滑轮与轴之间有摩擦、重物运动受到空气阻力【变式4】为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案： A ．第一步：他把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤夹后连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动如图甲所示B ．第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使之从静止开始加速运动，打出纸带，如图乙所示打出的纸带如下图：试回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数的时间间隔为T ，根据纸带求滑块速度，当打点计时器打A 点时滑块速度v A ＝__________，打点计时器打B 点时滑块速度v B ＝__________．(2)已知重锤质量m ，当地的重加速度g ，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块____________(写出物理名称及符号)，合外力对滑块做功的表达式W 合＝________．(3)测出滑块运动OA 段、OB 段、OC 段、OD 段、OE 段合外力对滑块所做的功，W A 、W B 、W C 、W D 、W E 以v 2为纵轴，以W 为横轴建坐标系，描点作出v 2－W 图象，可知它是一条过坐标原点的倾斜直线，若直线斜率为k ，则滑块质量M ＝________．[解析] (1)由时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度得v A ＝OB 2T ＝x 22T ；v B ＝ x 3－x 12T. (2)因整个系统在图甲中匀速运动，撤去重锤后，滑块下滑时所受到的合外力就是重锤的重力，由动能定理，只要知道滑块下滑的位移x 就可得合外力所做的功，且合力功为mgx.(3)由动能定理可得W ＝12Mv 2，若描点作出v 2－W 图象，是一条过坐标原点的倾斜直线，直线斜率为k ，滑块质量M ＝2k. [答案] (1)x 22T x 3－x 12T (2)下滑的位移x mgx (3)2k考点三实验的改进与创新5 DIS 实验是利用现代信息技术进行的实验．学生实验“用DIS 研究机械能守恒定律”的装置如图(a )所示，摆动小球上安装有遮光片J ，其宽度Δs 已输入计算机，在图中A 、B 、C 、D 四处都安上光电传感器，并将所测得的数据都自动输入计算机处理，由计算机程序计算出所需的物理量，并画出图象．某组同学在一次实验中，选择DIS 以图象方式显示实验的结果，得到三条图线，如图(b )所示．图象的横轴表示小球距D 点的高度h ，纵轴表示摆球的重力势能E p 、动能E k 或机械能E.试回答下列问题：(1)图(b )图象中，表示小球的重力势能E p 、动能E k 、机械能E 随小球距D 点的高度h 变化关系的图线分别是________(按顺序填写相应图线所对应的文字)；(2)图(a )所示的实验装置中，小球起到________的作用，传感器K 的名称是________；(3)根据图(b )所示的实验图象，可以得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.[解析] (1)重力势能随小球距D 点高度的增加而增大，动能随小球距D 点高度的增加而减小，而机械能不变，故乙表示重力势能E p ，丙表示动能E k ，甲表示机械能E.(2)图(a )所示的装置中，小球起到挡光片的作用，而传感器K 的名称是光电传感器．(3)由图线(b )所示的图象可以看出，小球在动能和重力势能相互转化过程中，机械能是守恒的．[答案] (1)乙、丙、甲(2)挡光片(或遮光片、遮光板) 光电门传感器(或光电门、光电传感器)(3)在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒6 用如图甲所示装置来探究功和动能变化的关系，木板上固定两个完全相同的遮光条A 、B ，用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C 相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D 上，轨道放在水平桌面上，P 为小桶(内有砂子)，滑轮质量、摩擦不计．(1)实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是__________________．(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度d ＝________cm .(3)实验主要步骤如下：①测量木板(含遮光条)的质量M ，测量两遮光条间的距离L ，按图甲所示正确连接器材； ②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示数F 及遮光条B 、A 先后经过光电门的时间为t 1、t 2，则遮光条B 、A 通过光电门的过程中木板动能的变化量ΔE k ＝________，合外力对木板做功W ＝________．(以上两空用字母M 、t 1、t 2、d 、L 、F 表示)③在小桶中增加砂子，重复②的操作，比较W 、ΔE k 的大小，可得出实验结论．[解析] (1)为了使绳子拉力充当合力，即细线拉力做的功等于合力对木板做的功应先平衡摩擦力，即实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是平衡摩擦力．(2)游标卡尺的读数先读出主尺的刻度数：5 mm ，游标尺的刻度第10个刻度与上边的刻度对齐，所以游标读数为：0.05×10＝0.50 mm ，总读数为：5 mm ＋0.50 mm ＝5.50 mm ＝0.550 cm .(3)木板通过A 时的速度：v A ＝d t 2；通过B 时的速度：v B ＝d t 1；则木板通过A 、B 过程中动能的变化量：ΔE ＝12Mv 2A －12Mv 2B ＝12M ⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 12；合力对木板所做的功：W ＝FL. [答案] (1)平衡摩擦力 (2)0.550(3)ΔE ＝12M ⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 12 FL 【变式5】某同学用如图所示的装置，分别验证“动能定理”及“机械能守恒定律”，在装置中，气垫导轨上滑块的质量为M ，钩码的质量为m ，遮光条宽度为d ，两光电门间的距离为L ，滑块通过光电门1、2，记录的时间分别为t 1、t 2，当地的重力加速度为g.。

实验五探究动能定理学案.doc

实验五探究动能定理学2. 平衡 ______ :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可，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，测出小车获得的速度血，将数据记入表格.5.用3条、4条……橡皮乍窃做实验；用司样的方法测出功和速度，记入表格.橡皮筋条数位移 x/m时间 t/s速度速度平方 i72/(m 2-s -2)1 2 3 4 5 6D 实验目的通过实验探究 ____________________________________ . B 实验原理探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如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纸带来测量每次实验后小车的末速度H 实验器材小车、舷码、长木板，两个铁钉、打点计时器，纸带、学生电源，导线，复写纸，橡皮筋、刻度尺.H 实验步骤1. 按上图所示将实验仪器安装好.1. 求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离如贝ljr=^其中T 为打点周期）.2. 实验数据处理（1）计算出各个速度的平方圧的值，并填入表格（2）在坐标纸上（如图）画出W-v 和W-v 2图线（“旷以一根橡皮筋做的功为单位）.3. 实验结论：从图象可知功与物体速度变化的关系W^v 2. □误差分析1. 误差的主要来源是橡皮筋的、不一,使橡皮筋的拉力做功W 与橡皮筋的条数不成正比.2. 没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差.3. 利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差. □注意事项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 __________ 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，纸带上的点应选部分的，也就是选小车做匀速运动的部分.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.这是本实验的技巧之一，这里通过转换单位的方法巧妙的解决这一难题。

高中物理实验5 探究动能定理学案

高中物理实验5 探究动能定理学案1、通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系、2、通过分析论证和实验探究的过程，培养实验探究能力和创新精神、基本实验要求1、实验目的探究功与物体速度变化的关系、2、实验原理(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2W、(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s做功应为3W、(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定速度变化与功的关系、3、实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等、4、实验步骤(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力、(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速度、(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＝mv2、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做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角、(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分、(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、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)做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、考点一实验原理与实验操作例1 (xx天津9(2))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1所示、图1①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析①本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度、②牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确、③在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量砝码(或钩码)、④当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确、答案①刻度尺、天平(包括砝码) ②D③可在小车上加适量砝码(或钩码) ④CD变式题组1、[实验原理与实验操作]某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图2所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，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(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根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算、图2(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)电源、(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，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)在正确操作的情况下，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，应选用纸带的________部分进行测量(根据如图3所示的纸带回答)、图3答案(1)交流(2)D (3)B (4)GJ解析(1)打点计时器使用的是交流电源、(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，D正确、(3)水平放置木板，放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，小车没过两个铁钉的连线，B正确，A、C、D错误、(4)从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量、2、[实验原理与实验操作]某实验小组采用如图4所示的装置来探究“功与速度变化的关系”、实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面、实验的部分步骤如下：图4a、将一块一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，在长木板的另一端固定一打点计时器；b、把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车后端，用细绳跨过定滑轮连接小车和钩码；c、把小车拉到靠近打点计器的位置，接通电源，从静止开始释放小车，得到一条纸带；d、关闭电源，通过分析小车位移与速度的变化关系(不需要知道合外力大小)来研究合外力对小车所做的功与速度变化的关系、(1)下列关于实验过程的描述正确的是________、A、实验中应控制钩码的质量，使其远小于小车的总质量B、实验前应调节好定滑轮的高度，使拉小车的细绳和长木板平行C、实验前应把长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力D、实验时应先让小车运动，等小车运动一段时间后再接通打点计时器的电源(2)实验中，该小组同学画出小车位移x与小车速度v的关系图象如图5所示，根据该图形状，某同学对W与v的关系作出了猜想，肯定不正确的是________、图5A、W∝vB、W∝v2C、W∝D、W∝v3答案(1)B (2)AC解析(1)解决该实验题首先要明白该实验的实验原理、该实验是利用小车所受到的合外力做的功等于小车动能的变化量的关系进行实验的，即Fx＝mv2，由此可以看出，实验中钩码的质量不会影响实验的结果，选项A错误；在实验中，拉小车的细绳应与长木板平行，以保证拉力的方向与位移的方向在一条直线上，这样可以有效地减小误差，选项B正确；该实验不需要平衡摩擦力，因为无论钩码的质量多大，细绳对小车的拉力与摩擦力的合力在每一次实验中都为恒力，均可满足Fx＝mv2的要求，故选项C错误；应先接通电源，等打点计时器工作稳定后再释放小车，选项D错误、(2)如果W∝v，x－v图象应该是一条过原点的直线；如果W∝，x－v图象应该是双曲线的一支，故肯定不正确的是选项A、C、考点二数据处理与误差分析例2 如图6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、小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出、图6(1)除了图中的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；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(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7所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性、图7解析(1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺、打点计时器需要交流电源、(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v－Wn图象，如图所示、答案(1)刻度尺、交流电源 (2)点距均匀(3)2W、3W、4W、5W (4)v 图象见解析变式题组3、[实验数据的处理](xx四川8(2))如图8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：图8①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，改变长木板的倾斜程度，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，通过实验得到如图9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、1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G、实验时小车所受拉力为0、2 N，小车的质量为0、2 kg、图9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)、OCOEO—FW/J0、04320、05720、07340、0915ΔEk/J0、043 00、057 00、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、710－3 kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(g取9、8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)、答案①匀速直线(或匀速) ②0、1115 0、1105③0、015解析①取下细绳与托盘后，当摩擦力恰好被平衡时，小车与纸带所受合力为零，获得初速度后应做匀速直线运动、②由题图可知＝55、75 cm，再结合v＝可得打下计数点F时的瞬时速度vF＝＝1、051 m/s，故W＝F＝0、1115 J，ΔEk＝Mv≈0、1105 J、③根据牛顿第二定律有：对小车F＝Ma，得a＝1、0 m/s2；对托盘及砝码(m＋m0)g－F＝(m＋m0)a，故有m＝－m0＝ kg－7、710－3 kg≈0、015 kg4、[数据处理与误差分析]某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验，他的操作步骤如下：(1)按如图10所示安装好实验装置，其中小车质量M＝0、20 kg，钩码总质量m＝0、05 kg、图10(2)释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率f＝50 Hz)，打出一条纸带、(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图11所示、把打下的第一个点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点的距离分别为d1＝0、041 m，d2＝0、055 m，d3＝0、167 m，d4＝0、256 m，d5＝0、360 m，d6＝0、480 m……，他把钩码的重力(当地重力加速度g＝10 m/s2)作为小车所受合力，算出打下0点到打下第5点合力做功W＝________J(结果保留三位有效数字，重力加速度g取10m/s2)，打第5点时小车的动能Ek＝________(用相关数据前字母列式)，把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量，算得Ek＝0、125 J、图11(4)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大、通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是________、A、钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B、没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C、释放小车和接通电源的顺序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小D、没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因答案(3)0、180 (d6－d4)2 (4)AB解析若用钩码的重力作为小车所受的合力，则F合＝mg＝0、5 N，从0点到打第5点时水平位移x＝d5＝0、360 m，所以W＝F合x＝0、50、360 J＝0、180 J、打第5点时小车动能Ek＝Mv，v5＝，式中Δt为5个时间间隔，即Δt＝，故Ek＝(d6－d4)2、从该同学的实验操作情况来看，造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车的合力和实验前没有平衡摩擦力、故选项A、B正确、C、D两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响，故不选C、D、考点三实验拓展与创新1、本实验中虽然不需要计算出橡皮筋每次做功的具体数值，但需要计算出每次小车获得的速度，由于距离的测量存在一定误差，使得速度的大小不准确，在此可以安装速度传感器进行实验、2、本实验也可用钩码牵引小车完成，在小车上安装拉力传感器测出拉力的大小，再测出位移的大小，进而确定力做功的多少、例3 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“外力做功与物体动能变化的关系”、如图12所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小、在水平桌面上相距50、0 cm的A、B两点(A、B两点图中未标出)各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小、小车中可以放置砝码、图12(1)实验主要步骤如下：①测量__________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路、②将小车停在桌面右端靠近打点计时器处，__________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度、③在小车中增加砝码，或____________，重复②的操作、(2)表格中是他们测得的几组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v－v| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功、表格中ΔE3＝______，W3＝__________、(结果保留三位有效数字)数据记录表次数M/kg|v－v|/(m/s)2ΔE/JF/NW/J10、5000、7600、1900、4000、20020、5001、650、4130、8400、42030、5002、40ΔE31、220W341、0002、401、202、4201、2151、0002、841、422、8601、43(3)根据表格，请在图13中的方格纸上作出ΔE －W图线、图13解析(1)①在实验过程中拉力对小车、砝码和拉力传感器做功使小车、砝码和拉力传感器的动能增加，所以需要测量小车、砝码和拉力传感器的总质量；③通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力的大小得出不同的数据、(2)通过拉力传感器的示数和AB的长度l，用W＝Fl可计算拉力做的功、(3)利用图象法处理数据，由动能定理W＝m(v－v)可知W与ΔE成正比，作图可用描点法、答案(1)①小车、砝码②接通电源，释放小车③减少钩码(2)0、600 0、610 (3)如图所示拓展题组5、[实验的拓展](xx新课标全国Ⅱ22)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连、弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图14所示、向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面、通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能、图14回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能Ep与小球抛出时的动能Ek相等、已知重力加速度大小为g、为求得Ek，至少需要测量下列物理量中的________(填正确答案标号)、A、小球的质量mB、小球抛出点到落地点的水平距离sC、桌面到地面的高度hD、弹簧的压缩量ΔxE、弹簧原长l0(2)用所选取的测量量和已知量表示Ek，得Ek＝______________、(3)图15中的直线是实验测量得到的s－Δx图线、从理论上可推出，如果h不变、m增加，s－Δx图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”)：如果m不变，h增加，s－Δx图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”)、由图中给出的直线关系和Ek 的表达式可知，Ep与Δx的__________次方成正比、图15答案(1)ABC (2) (3)减小增大二解析(1)小球离开桌面后做平抛运动，设桌面到地面的高度为h，小球抛出点到落地点的水平距离为s，则有h＝gt2，s＝v0t，解得v0＝＝s所以Ek＝mv＝、由此可知需要测量的量有m、s、h，故选A、B、C、(2)由(1)的解析知Ek＝、(3)在Δ x相同的情形下，弹簧的弹性势能相同，由Ep＝mv可知：①在m增加时，速度v0减小，因而h不变时s减小，故图线的斜率减小、②m不变时，v0不变，h增加时，时间变长，s变大，故图线的斜率增大、由s－Δx图象可知，s正比于Δx，即s＝kΔx、则Ep＝mv＝＝Δx2＝k′Δx2所以Ep与Δx的二次方成正比、6、[实验创新]为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤夹后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图16甲所示、第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示、打出的纸带如图丙所示、图16请回答下列问题：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相邻计数点间的时间间隔为Δt，根据纸带求滑块运动的速度，打点计时器打B点时滑块运动的速度vB＝________、(2)已知重锤质量为m，当地的重力加速度为g，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块______(写出物理名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W合＝________、(3)算出滑块运动OA、OB、OC、OD、OE段合外力对滑块所做的功W以及在A、B、C、D、E各点的速度v，以v2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系，描点作出v2－W图象，可知该图象是一条________，根据图象还可求得________、答案(1) (2)下滑的位移x mgx (3)过原点的直线滑块的质量M解析(1)由打出的纸带可知B点的速度为vB＝；(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x，由动能定理可知W合＝ΔEk，即mgx＝ΔEk；(3)v2－W图象应该为一条过原点的直线，根据ΔEk＝Mv2可求得M的值、。

2022届高考物理一轮复习实验五探究动能定理学案新人教版

实验五探究动能定理实验溯本求源●误差分析1．误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．2．没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差．●注意事项1．平衡摩擦力：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．选点测速：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．橡皮筋的选择：橡皮筋规格相同时，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．实验热点探究热点一教材原型实验题型1|实验原理与操作例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，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)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，应选用下图中纸带的________部分进行测量．题型2|数据处理及误差分析例2 用图1所示装置做“探究功与速度变化的关系”实验．(1)若将木板水平放置，小车在橡皮筋作用下加速，当小车刚好达到最大速度时，下列说法正确的是________(填写选项前的字母标号)．A．橡皮筋处于原长状态B．橡皮筋仍处于伸长状态C．小车恰好过两个铁钉的连线D．小车已过两个铁钉的连线(2)若将木板带有打点计时器的一端适当垫高，利用小车沿斜面的重力分量消除掉阻力的影响，再进行正确的实验操作，获得实验所需的纸带．在图2两条纸带中，最符合实验事实的是________(填写纸带下方的字母标号)．(3)若将一根橡皮筋对小车做的功记为W0，两条、三条．..同样的橡皮筋并在一起拉伸同样的长度对小车做的功记为2W0、3W0…，计算出小车对应的最大速度v，取Δv2＝v2－0，横坐标以W0为单位，绘出Δv2W图线，理论上是过原点的一条直线．但某次实验得到的图线却不过原点，如图3所示，造成这一偏差的原因是：在垫高木板带有打点计时器一端时，木板的倾斜角度________(选填“偏大”或“偏小”)练1 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，实验装置如图1所示．实验过程中有平衡摩擦力的步骤，并且设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大，即分别为W0、2W0、3W0、4W0…(1)实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力，目的是__________(填写字母代号)．A．为了释放小车后小车能做匀加速运动B．为了增大橡皮筋对小车的弹力C．为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D．为了使小车获得较大的动能(2)图2是在正确操作情况下打出的一条纸带，从中截取了测量物体最大速度所用的一部分，已知相邻两打点时间间隔为0.02 s，则小车获得的最大速度v m＝__________ m/s(保留3位有效数字)．(3)几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车获得的最大速度v m的数据，并利用数据绘出了下列给出的四个图象，你认为其中正确的是__________．热点二实验拓展创新题型1|利用长木板、重物牵引小车装置验证动能定理例3 [2020·全国卷Ⅲ，22]某同学利用图(a)所示装置验证动能定理．调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带．某次实验得到的纸带及相关数据如图(b)所示．已知打出图(b)中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图(b)给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小v B＝____________ m/s，打出P点时小车的速度大小v P＝____________ m/s.(结果均保留2位小数)若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图(b)给出的数据中求得的物理量为__________________．题型2|利用光电门探究动能定理例4 [2020·河北衡水中学模拟]某实验小组用图甲所示实验装置探究合力做功与动能变化的关系．铁架台竖直固定放置在水平桌面上，将长木板倾斜放置，一端P固定在水平桌面边缘处，另一端放置在铁架台的铁杆上，忽略长木板厚度，P处放置一光电门计时器．实验步骤如下：①用游标卡尺测出滑块的挡光片宽度l，用天平测出含挡光片的滑块的质量m；②以长木板放置在水平桌面上的一端为轴，调节长木板在铁架台上的放置位置，使滑块恰好沿长木板向下做匀速运动．在铁架台竖直杆上记下此位置Q1，用刻度尺测出Q1到水平桌面的高度H；③保持长木板P端与桌面接触位置不变，长木板另一端放置在铁架台竖直杆Q2位置处．用刻度尺量出Q1、Q2的距离h1，将滑块从Q2位置由静止释放，由光电门计时器读出滑块的挡光时间t1；④保持长木板P端与桌面接触位置不变，重新调节长木板另一端在铁架台上的放置位置，重复步骤③数次．(1)滑块沿长木板由Q2运动到P的过程中，用测量的物理量表示下列物理量(已知重力加速度为g)：滑块动能的变化量ΔE k＝________，滑块克服摩擦力做的功W Ff＝________，合力对滑块做的功W合＝________.(2)某学生以长木板在铁架台竖直杆上的放置位置到Q1的距离h为横坐标，以滑块通过光电门的挡光时间的平方的倒数1为纵坐标，根据测量数据画出如图乙所示图线，t2若图线过原点，且图线斜率k＝________，则能证明合外力做的功等于滑块动能增量．题型3实验的拓展——探究弹性势能与形变量的关系例5 [2020·衡水模拟]为探究弹簧的弹性势能与形变量的关系和测量滑块与水平桌面间的动摩擦因数，某实验小组设计了如图甲所示的装置，弹簧的左端固定在水平桌面上，弹簧右端原长位置处固定一光电门，滑块上固定一个遮光条，已知滑块连同遮光条的总质量为m，当地的重力加速度为g.(1)先用螺旋测微器测出遮光条的宽度d如图乙所示，则d＝________ mm.(2)用滑块(与弹簧不拴接)向左压缩弹簧，并用刻度尺测量其压缩量x，松手后遮光条通过光电门的时间为t，测得滑块停下的位置到光电门的距离为s，则滑块与水平桌面间的动摩擦因数μ＝____________(用题中的字母表示)．(3)压缩弹簧时弹簧的弹性势能与形变量间的关系为E p＝________(用题中的字母表示)．练2 [2020·北京学业水平等级考试]如图甲所示，用质量为m的重物通过绕过滑轮的绳子牵引小车，使小车在长木板上运动，用打点计时器在纸带上记录小车的运动情况，利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验．(1)打点计时器使用的电源是________(填选项前的字母)．A．直流电源 B．交流电源(2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是________(填选项前的字母)．A．把长木板右端垫高 B．改变小车的质量(3)在不挂重物且________(填选项前的字母)的情况下，轻推一下小车，若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响．A．计时器不打点 B．计时器打点(4)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为O，在纸带上依次标A、B、C、…若干计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为T，测得A、B、C、…各点到O点的距离为x1、x2、x3、…，如图乙所示．实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为mg，从打点计时器打O点到打B点的过程中，拉力对小车做的功为W＝________，打B点时小车的速度v＝________.(5)以v2为纵坐标，W为横坐标，利用实验数据作出如图丙所示的v2W图象．由此图象可得v2随W变化的数学表达式为________________，根据物理量之间的单位关系，可知与图线斜率有关的物理量应是________．(6)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，下列选项中正确反映v2W关系的是________．练 3 某实验小组利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统探究“外力做功与小车动能变化的关系”．实验时将小车拉到水平轨道的O位置由静止释放，在小车从O 位置运动到A位置过程中，经计算机处理得到了弹簧弹力与小车位移的关系图线如图(b)所示，还得到了小车在A位置的速度大小v A；另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器)的总质量m.回答下列问题：(1)由图(b)可知：图(a)中A位置到力传感器的距离________(填“小于”“等于”或“大于”)弹簧原长；(2)在小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W＝____________________，小车的动能改变量ΔE k＝____________________；(表达式用题中已知物理量的符号表示)(3)甲同学在分析实验数据后，还补充了如下实验：将弹簧从小车上卸下，给小车一初速度，让小车从轨道右端向左端运动，利用位移传感器和计算机得到小车的速度随时间变化的图线如图(c)所示，则他要探究关系式________________________是否成立；(关系式用题中已知物理量的符号表示)(4)乙同学反思整个实验过程提出了自己的方案：在实验开始时，小车不连接弹簧，将图(a)中轨道________(填“左”或“右”)端垫高至合适位置，让小车在轨道上获得一初速度开始运动，若计算机监测到的小车位移—时间图线是________，即表明轨道倾角调整到位，再实施题中所述实验步骤，而无需做甲同学补充的实验．实验五探究动能定理实验热点探究例1 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)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)GK例2 解析：(1)木板水平，没有平衡摩擦力，小车受到的合力等于橡皮筋的拉力与摩擦力的合力，当小车所受合力为0时速度最大，此时橡皮筋仍然有拉力，橡皮筋仍然是伸长的，此时小车没有到达两铁钉连线处，故A 、C 、D 三项错误，B 项正确；(2)平衡摩擦力，释放小车后，小车先做加速度减小的加速运动，后做匀速直线运动，由图示纸带可知，纸带A 先做匀加速直线运动后做匀速直线运动，纸带B 先做加速度减小的加速运动后做匀速直线运动，与事实相符的是纸带B .(3)由动能定理可知，合力做功等于物体动能的变化量，由图示图象可知，图象在纵轴上有截距，这说明小车动能的增量大于橡皮筋拉力做功，这可能是由于平衡摩擦力时木板倾角过大，小车受到的合力大于橡皮筋拉力造成的．答案：(1)B (2)B (3)偏大练1 解析：(1)实验目的是探究合外力做功与物体速度的关系，平衡摩擦力后，橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功．(2)由图可知，小车先做加速度变化的加速运动，后做匀速运动．当小车做匀速运动时，小车获得的速度最大，即v m ＝2.44×10−20.02m/s ＝1.22 m/s.(3)由W ∝t t 2，知D 正确．答案：(1)C (2)1.22 (3)D例3 解析：打下B 点的时刻为打下与B 点相邻左、右两点的中间时刻，则打下B点时小车的速度应为这两点间小车的平均速度，即v B ＝4.00−2.560.04×10－2 m/s ＝0.36 m/s ；同理打下P 点时小车的速度为v P ＝57.86−50.660.04×10－2 m/s ＝1.80 m/s.在验证动能定理时，如果选取B 到P 的过程，则由mgx BP ＝12(M ＋m )t t 2－12(M ＋m )t t 2可知，要验证动能定理还需要求得B 、P 两点间的距离．答案：0.36 1.80 B 、P 之间的距离例4 解析：(1)由于挡光片宽度很小，可近似认为滑块通过光电门的速度v ＝t t 1，滑块(含挡光片)动能的变化量ΔE k ＝12mv 2－0＝tt 22t 12.滑块从Q 1释放匀速下滑时，设长木板的倾角为θ，Q 1P 长度为L ，P 到铁架台竖直杆的距离为x ，由动能定理有mgH －μmgL cos θ＝0，且L cos θ＝x ，得μmgx ＝mgH ；滑块从Q 2释放时，设长木板的倾角为α，Q 2P 长度为L ′，则滑块克服摩擦力做的功为W Ff ＝μmgL ′cos α，且L ′cos α＝x ，故W Ff ＝mgH .合力做的功W 合＝mg (H ＋h 1)－W Ff ＝mgh 1.(2)由动能定理有W 合＝ΔE k ，即mgh ＝tt 22t 2，整理得1t 2＝2g t 2h ，故图线斜率k ＝2gt 2. 答案：(1) tt 22t12 mgH mgh 1 (2) 2g t 2 例5 解析：(1)由图可知遮光条的宽度为d ＝0.0＋31.0×0.01 mm＝0.310 mm ；(2)滑块经过光电门时的速度为v ＝t t ，根据动能定理有0－12mv 2＝－μmgs ，则可知动摩擦因数为μ＝t 22g t ＝t 22g tt 2； (3)从松手后，到滑块停下来的过程中，根据功能关系可知E p ＝μmg (x ＋s )，则可得压缩弹簧时弹簧的弹性势能与形变量间的关系式为E p ＝tt 22tt 2(x ＋s )．答案：(1)0.310 (2) t 22g tt 2 (3) tt22tt 2(x ＋s ) 练2 解析：(1)打点计时器使用交流电源，选项B 正确．(2)在平衡摩擦力和其他阻力时，通过垫高木板右端，构成斜面，使重力沿斜面向下的分力与摩擦力和其他阻力平衡，选项A 正确．(3)平衡摩擦力时需要让打点计时器工作，通过纸带上打出的点迹，判断小车的运动是否为匀速直线运动，选项B 正确．(4)小车拖动纸带移动的距离等于重物下落的距离，因此拉力对小车做的功为W ＝mgx 2.小车做匀变速直线运动，因此打B 点时小车的速度v ＝t 3−t 12t .(5)由图乙可知，图线的斜率k ＝Δt 2Δt ＝4.6 m 2/(s 2·J)，纵截距b ＝0.01 m 2/s 2，则v 2随W 变化的数学表达式为v 2＝0.01＋4.6W .v 2的单位是m 2/s 2，W 的单位可写成kg·m 2/s 2，则k 的单位为kg －1，所以斜率应与质量有关．(6)若重物质量m 不满足远小于小车质量M 的条件，则绳子对小车的拉力实际不等于重物的重力，由mg ＝(M ＋m )a 和F ＝Ma 可得F ＝t t +t mg ，由动能定理可得Fx ＝12Mv 2，解得v 2＝2t t x ＝2t g t +t x ，而W ＝mgx ，故v 2＝2t +t W ，则v 2W 图线的斜率k ＝2t +t，重物质量m 与小车质量M 不变，斜率不变，选项A 正确．答案：(1)B (2)A (3)B (4)mgx 2 t 3−t 12t(5)v 2＝0.01＋4.6W 质量(6)A练3 解析：(1)O 到A 弹簧被拉长，则距离大于弹簧长度； (2)变力F 做功为F s 图象围成面积W ＝12(F A ＋F 0)s A ，小车动能的改变量为：ΔE k ＝12m t t 2. (3)摩擦力做功W f ＝m t 0t t s A ，由动能定理12(F 0＋F A )s A －m t 0t ts A ＝12m t t 2. (4)平衡摩擦力，右端垫高，匀速运动：x t 图象为直线．答案：(1)大于 (2) 12(F 0＋F A )s A 12m t t 2 (3) 12(F 0＋F A )s A －m t 0t t s A ＝12m t t 2 (4)右直线。

高考物理总复习 5 第5讲实验：探究动能定理教案新人教版-新人教版高三全册物理教案

第5讲实验：探究动能定理探究动能定理1．实验目的探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。

2．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变化，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用图甲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。

3．实验器材小车(前面带小钩)，100～200 g砝码，长木板(在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，5～6条等长的橡皮筋，刻度尺。

4．实验步骤(1)按如图甲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W，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2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。

(4)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。

(5)分析数据，得出结论。

①测量小车的速度实验获得如图乙所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做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是(用字母表示)：A 1、A 2间的距离为x ，小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v ＝x T(T 为打点计时器打点的时间间隔)。

②实验数据记录③实验数据处理及分析在坐标纸上(图丙)画出W －v 或W －v 2图象(“W ”以一条橡皮筋做的功为单位)。

④实验结论从图象可知功与物体速度变化的关系W∝v2。

5．注意事项(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。

方法是轻推小车，由打点计时器打出纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动。

(2)测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是测量小车做匀速运动时的速度。

高考物理一轮复习第五章机械能实验五探究动能定理学案粤教版-粤教版高三全册物理学案

实验五探究动能定理误差分析1.偶然误差：测量长度时会带来误差。

减小误差的办法：(1)测距离时都应从第一个计数点0量起；(2)多测几次取平均值。

2.系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量ΔE k必定稍小于重力做的功W G。

注意事项1.为减小误差，应重复多次实验，从中挑选出打点清晰的一条纸带进行测量。

2.应尽可能减小各种阻力的影响，可采取如下措施：(1)应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。

(2)打点计时器必须稳固安装在铁架台上，并且两个限位孔的中线要严格竖直，以减小纸带所受的摩擦力。

(3)释放前将纸带拉至竖直且保证不与限位孔接触以减小纸带与限位孔间的摩擦。

3.实验时必须是先接通电源，打点计时器正常工作后再放开纸带让重物下落。

4.各点的速度不能用v＝gt来求解。

教材原型实验命题角度实验原理与基本操作【例1】(2020·广东省揭阳市高三二模)某实验小组采用图1所示的装置“探究动能定理”即探究小车所受合外力做功与小车动能的变化之间的关系。

该小组将细绳一端固定在小车上，另一端绕过定滑轮与力传感器、重物相连。

实验中，小车在细绳拉力的作用下从静止开始加速运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况，力传感器记录细绳对小车的拉力大小。

(1)实验中为了把细绳对小车的拉力视为小车的合外力，要完成的一个重要步骤是___________________________________________________________。

(2)若实验中小车的质量没有远大于重物的质量，对本实验________ 影响(填“有”或“没有”)。

(3)实验时，下列物理量中必须测量的是________。

A.长木板的长度LB.重物的质量mC.小车的总质量M(4)实验中，力传感器的示数为F ，打出的纸带如图2。

将打下的第一个点标为O ，在纸带上依次取A 、B 、C 三个计数点。

高考物理必考实验精细精讲实验五：探究动能定理学案

高考物理必考实验精细精讲实验五：探究动能定理学案
【实验目的】
探究外力做功与物体动能变化的关系。

【注意事项】
1．砝码的质量要远小于小车的质量。

2．平衡摩擦力时，不要加砝码，但应连接纸带且接通电源。

3．小车所受的阻力f应包括小车受的摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力。

4．小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源后再放手。

【误差分析】
1．实验的系统误差是绳对小车的拉力小于砝码的重力。

2．平衡摩擦力不彻底或平衡过了也会造成误差。

3．利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。

高考物理一轮复习实验探究动能定理学案新人教

实验五探究动能定理(对应学生用书第93页)一、实验目的1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系．2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正比关系．二、实验原理1．不是直接测量对小车做功，而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做功W、2W、3W…2．由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出．这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据．3．以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出Wv曲线，分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系．三、实验器材小车(前面带小钩)、100 g～200 g砝码、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(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条规格相同的橡皮筋、刻度尺．四、实验步骤1．按原理图实图51将仪器安装好．实图512．平衡摩擦力：在长木板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，设此时橡皮筯对小车做的功为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．五、数据处理1．测量小车的速度：实验获得如图实52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s，小车速度的表达式是v＝sT(T为打点计时器打点的时间间隔)．图实522．记录实验数据：把计算出的速度填入表格中并算出v2的值．3．数据处理：在坐标纸上画出Wv或Wv2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)．4．实验结论：从图象分析外力对物体做功与物体速度变化的关系为W∝v2.六、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s，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七、注意事顶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.(对应学生用书第94页)考点一| 实验原理与操作为了探究功与速度变化的关系，现提供如图实53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．(打点计时器所接交流电频率为50 Hz)图实53(1)为了消除摩擦力的影响应采取的措施为____________________________________________________________________________________________.(2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条…并起来进行第1次、第2次、第3次…实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致，我们把第1次实验中橡皮筋对小车做的功记为W.由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出，如图实54所示是其中四次实验打出的部分纸带．图实54试根据以上信息，填写下表．次数 1 2 3 4橡皮筋对小车做的功W小车速度v/(m·s－1)v2/(m2·s－2)_________________________________________________________________________________________________________________________________.[解析](1)为了消除摩擦力，应将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车在不接橡皮筋时缓慢匀速下滑．(2)由匀速运动的速度公式v＝xt，可求出小车的速度，其中x可从题图中读出，分别为2.00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm，交流电频率为50 Hz，故T＝0.02 s.次数 1 2 3 4橡皮筋对小车做的功W 2W 3W 4W小车速度v/(m·s－1) 1.00 1.42 1.73 2.00v2(m2·s－2) 1.00 2.02 2.99 4.00[答案] 见解析某学习小组做探究“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________(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；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考点二| 数据处理与误差分析如图实55所示，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋的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，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放．小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出．图实55(1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有________；(2)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)在本实验的数据记录表中，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：橡皮筋做的功 10个间隔的距离 s(m) 10个间隔的时间 T(s) 小车获得的速度v n (m/s) 小车速度的平方 v 2n (m/s)21 W 0.200 0.2 2 0.280 0.23 0.300 0.24 0.400 0.2 50.4500.2(4)n n n 测定的数据在题给的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性. 【导学号：84370246】[解析](1)根据实验原理可知，实验中需要刻度尺测量计数点之间的距离，来计算物体的速度，所以要用到刻度尺．为了能让打点计时器工作，必须提供交流电源．故缺少刻度尺和交流电源． (2)纸带在橡皮筋的作用下做加速运动，橡皮筋做功完毕，则速度达到最大，此时做匀速运动，因此匀速时的速度即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带点均匀部分测量．(3)我们把1根橡皮筋对小车做的功作为1W ，作为功的一个计量单位．当我们用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，橡皮筋的功分别是2W,3W,4W,5W. (4)根据匀速直线运动的位移公式x ＝vt 得：v ＝xt ，所以：v 1＝0.20.2 m/s ＝1 m/s ，v 2＝0.280.2 m/s ＝1.4 m/s ，v 3＝0.30.2 m/s ＝1.5 m/s ， v 4＝0.40.2 m/s ＝2 m/s ，v 5＝0.450.2m/s ＝2.25 m/s 所以，v 21＝1，v 22＝1.96，v 23＝2.25，v 24＝4，v 25＝5.06由动能定理可知，合外力做的功应等于物体动能的变化量，所以W 与v 2成正比，即W n ∝v 2n ，根据表中实验数据，应用描点法作图，图象如图所示：误差允许范围内，图象是经过原点的直线，说明W n与v2n成正比．[答案](1)交流电源、刻度尺(2)点距均匀(3)2W、3W、4W、5W (4)v2n图象见解析(2020·湖州模拟)某同学利用图甲探究力对物体做的功与物体速度的关系，得到了如下表的数据：实验次数 1 2 3 4 5橡皮筋条数 1 3 4 5 7小车速度0.71 1.23 1.42 1.58 1.87v/(m·s－1)(甲乙(1)设一条橡皮筋拉长到固定长度所做的功为W0，在图乙中大致画出橡皮筋所做的功W与小车速度v关系的图象．(2)由图象大致可判断出W与v的关系可能是________．[解析](1)根据表中数据可知，橡皮筋做的功与小车获得的速度有关，并且做功越多，小车获得的速度越大．据描点法可知，W与v的图线为抛物线，如图所示．(2)由图象大致可判断出W与v的关系可能是W∝v2.[答案](1)见解析图(2)W∝v2考点三| 实验拓展与创新视角1：实验器材及装置的改进视角2：数据测量的改进视角3：实验方案的改进例如：利用自由落体运动、平抛运动探究功和动能的关系．视角4：数据处理创新由ΔEW图象取代v2W图象．创新点1 速度测量的创新1．(2020·河东区模拟)某同学用如图实56甲所示的装置做“探究合力做的功与动能改变量之间的关系”的实验，他们将光电门固定在水平轨道上的B点，并用重物通过细线拉小车，然后保持小车和重物的质量不变，通过改变小车释放点到光电门的距离(s)进行多次实验，实验时要求小车每次都从静止释放．图实56(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d如图乙所示，d＝________ cm.(2)如果遮光条通过光电门的时间为t，小车到光电门的距离为s.该同学通过描点作出线性图象来反映合力做的功与动能改变量之间的关系，则他所作的图象关系是下列哪一个时才能符合实验要求________．A．st B．st2C．st－1D．st－2(3)下列哪些实验操作能够减小实验误差________．A．调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动B．必须满足重物的质量远小于小车的质量C ．必须保证小车从静止状态开始释放[解析](1)游标卡尺的主尺读数为11 mm ，游标读数为0.05×9 mm＝0.45 mm ，所以读数为11 mm ＋0.45 mm ＝11.45 mm ＝1.145 cm.(2)光电计时器记录通过光电门的时间，由速度公式计算出小车通过光电门的平均速度，用该平均速度代替小车的瞬时速度，故在遮光条经过光电门时小车的瞬间速度为v ＝dt ，根据动能定理有Fs＝12mv 2＝12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫dt 2，可见s 与t 2成反比，即与1t 2成正比，故应作出st －2的关系图象，故选项D 正确． (3)经前面分析知，要使st －2图象为过原点的直线，应保证小车初动能为零，即必须保证小车从静止状态开始释放，故选项C 正确． [答案](1)1.145 (2)D (3)C 创新点2 实验方案的创新2．(2020·东北三校联考)某同学利用如图实57所示的装置验证动能定理．将木板竖直放置在斜槽末端的前方某一固定位置，在木板上依次固定好白纸、复写纸．将小球从不同的标记点由静止释放，记录小球到达斜槽底端时下落的高度H ，并根据落点位置测量出小球离开斜槽后的竖直位移y.改变小球在斜槽上的释放位置，进行多次测量，记录数据如下：图实57高度H(h 为单位长度)h2h3h4h5h6h7h8h9h竖直位移y/cm 30.0 15.0 10.0 7.5 6.0 5.0 4.3 3.8 3.3(1)(2)已知斜槽倾角为θ，小球与斜槽之间的动摩擦因数为μ，木板与斜槽末端的水平距离为x ，小球在离开斜槽后的竖直位移为y ，不计小球与水平槽之间的摩擦，小球从斜槽上滑下的过程中，若动能定理成立则应满足的关系式是________________________．(3)若想利用图象直观得到实验结论，最好应以H 为横坐标，以________为纵坐标，描点作图. 【导学号：84370247】[解析](1)小球离开斜槽末端后要做平抛运动，因而斜槽末端O 点的切线要水平． (2)小球从斜槽上下滑到斜槽末端时速度为v ，根据动能定理有mgH －μmgcos θH sin θ＝12mv 2，小球离开O 点后做平抛运动，水平方向有x ＝vt ，竖直方向有y ＝12gt 2，联立解得H ＝x 24－4μ1ta n θ·1y.(3)由(2)可知，要利用图象直观得到实验结论，图象应为直线，因而以H 为横坐标，以1y为纵坐标，描点作图即可．[答案](1)使斜槽末端O点的切线水平(2)H＝x24－4μ1tan θ·1y(3)1y创新点3 数据处理及分析的创新3．某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究动能定理．如图实58所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，记录小车通过A、B时的速度大小，小车中可以放置砝码．图实58(1)实验主要步骤如下：①测量________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连，正确连接所需线路．②将小车停在C点，________________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．③在小车中增加砝码或减少砝码，重复②的操作．(2)下列表格是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22－v21|是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中的ΔE3＝________，W3________.(结果保留三位有效数字)次数M/kg v22－v21/(m2·s－2) ΔE/J F/N W/J1 0.500 0.76 0.190 0.400 0.2002 0.500 1.65 0.413 0.840 0.4203 0.500 2.40 ΔE3 1.220 W34 1.000 2.40 1.200 2.420 1.2105 1.000 2.84 1.420 2.860 1.430(3)[解析](1)在实验过程中拉力对小车和拉力传感器做功使小车和拉力传感器的动能增加，所以需要测量小车和拉力传感器的总质量．(2)通过拉力传感器的示数和A 、B 间距用W ＝FL 可计算拉力做的功．(3)利用图象法处理数据，由动能定理W ＝12Mv 22－12Mv 21，可知W 与ΔE 成正比，作图可用描点法，图线如图所示．[答案](1)①小车 ②释放小车 (2)0.600 0.610 (3)见解析图[随堂训练]1．“探究动能定理”的实验装置如图实59所示，当小车在两条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W 0.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2W 0、3W 0、4W 0……，每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度均可由打点计时器所打的纸带测出．关于该实验，下列说法正确的是( )(1) (2) 图实59A ．每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出B ．利用每次测出的小车最大速度v m 和橡皮筋做的功W ，依次做出Wv m 、Wv 2m 、Wv 3m 、W 2v m 、W 3v m ……的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系 C ．打点计时器可以用直流电源供电，电压为4～6 V D ．实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等AB [小车获得的动能应该等于橡皮筋对其做的功，所以小车必须从同一位置由静止弹出．故A 正确；橡皮筋对小车做的功和小车获得的动能满足：W ＝12mv 2的关系，所以当小车质量一定时，W 与v 2成正比．所以最好做W 与v 2的关系图象，实验是需要画多个图象找最好的，故B 正确；打点计时器使用交流电源，故C 错误；实验中用到多条橡皮筋，就要求每次橡皮筋相同且被拉长的一样多，这样橡皮筋对小车做的功才有倍数关系，故D 错误．]2．某学习小组利用如图实510所示的装置验证动能定理．图实510(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s ＝________cm ；(2)测量挡光条的宽度d ，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt 1和Δt 2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F ，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是____________；(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？________(填“是”或“否”)[解析](1)由图可知，s ＝70.30 cm －20.30 cm ＝50.00 cm.(2)要应用滑块验证动能定理，应有关系式：Fs ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 22－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 12，故还应测量滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M. (3)因拉力传感器直接测出滑块所受的合外力，并不是用砝码和砝码盘的总重力代替做实验，故没必要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量．[答案](1)50.00 (2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M (3)否3．利用气垫导轨探究弹簧的弹性势能与形变量的关系，在气垫导轨上放置一带有遮光片的滑块、滑块的一端与轻弹簧贴近，弹簧另一端固定在气垫导轨的一端，将一光电门P 固定在气垫导轨底座上适当位置(如图实511所示)．弹簧处于自然状态时，使滑块向左压缩弹簧一段距离，然后由静止释放滑块，与光电门相连的光电计时器可记录遮光片通过光电门时的挡光时间，则可计算出滑块离开弹簧后的速度大小．图实511实验步骤如下：①用游标卡尺测量遮光片的宽度d.②在气垫导轨上通过滑块将弹簧压缩x 1，滑块由静止释放．由光电计时器读出滑块第一次通过光电门时遮光片的挡光时间t 1.③利用所测数据求出滑块第一次通过光电门时的速度v 和动能12mv 2. ④增大弹簧压缩量为x 2、x 3、…，重复实验步骤②③，记录并计算相应的滑块动能12mv 2，如下表所示．弹簧压缩量x(cm) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0x 2(cm 2) 0.25 1.00 2.25 4.00 6.25 9.00动能12mv 20.49m 1.95m 4.40m 7.82m 12.22m 17.60m(1)测量遮光片的宽度时游标卡尺示数如图实512所示，读得d ＝________cm ；图实512(2)在下面所给的两个坐标系中分别作出12mv 2x 和12mv 2x 2图象：图实513(3)由机械能守恒定律，E p ＝12mv 2，根据图象得出结论是_____________________________________________________________________________________________________________________________.[解析](1)根据游标卡尺读数规则，读出遮光片的宽度d ＝1.0 cm ＋0.02 cm ＝1.02 cm.(2)根据描点法在坐标系中进行描点、连线，所作12mv 2x 和12mv 2x 2图象如图所示：(3)根据图象得出结论是：弹性势能的大小与形变量x 的二次方成正比．[答案](1)1.02 (2)见解析 (3)弹性势能的大小与形变量x 的二次方成正比高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。