2019年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.doc

1、1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：用一条橡皮筋拉小车做功 W.用两条橡皮筋拉小车做功 2W.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2(4

2、)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 mv2.121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

3、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.命题点一 教材原型实验例 1 如图 1 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点的纸带测出3(1)除了图中的已给出的实验器材外

4、，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 vn2第 1 次 W 0.200 0.2第 2 次 0.280 0.2第 3 次 0.300 0.2第 4 次 0.400 0.2第 5 次 0.450 0.2(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 2

5、所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性图 2答案 (1)刻度尺 (2)点距均匀 (3)2 W 3 W 4 W 5 W (4) vn2 见解析图解析 (1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺(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 vn2 Wn图象，如图所示41用如图 3 所示的装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是_图 3A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

6、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答案 ABCF解析 当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时，沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力，即在实验中可消除摩擦力的影响，A 正确；由实验原理可知，B、C 正确，D错误；使用打点计时器时都必须先接通电源再释放小车，E 错误；橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加，此动能应为小车获得的

7、最大动能，所以用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度，F 正确，G 错误2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5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_(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

8、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；

9、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6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 部分命题点二 实验拓展创新1装置时代化72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 速度

10、传感器d t直接显示速度大小3实验多样化可探究动能定理，可验证单物体(系统)机械能守恒例 2 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 6 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 6请回答

11、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 t，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、 E8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

12、 (1) (2)下滑的位移 x mgx (3)过原点的直线 滑块的质量 Mx3 x12 t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x3 x12 t滑块下滑的位移 x，由动能定理可知 W 合 Ek，即 mgx Ek；(3) v2 W 图象应该为一条过原点的直线，根据 Ek Mv2可求得 M 的值123某学习小组在“探究功与速度变化的关系”的实验中采用了如图 7 所示的实验装置图 7(1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是_(2)如图 8 所示，游标卡尺测得遮光条的宽度 d_cm.实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上

13、，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为 t，则滑块最后匀速运动的速度表达式为_(用字母表示)图 8(3)逐根增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度则画出的W v2图象应是_答案 (1)将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速运动(其他方法正确均可) (2)0.550 (3)过坐标原点的一条倾斜 d t直线解析 (1)检查导轨是否水平的方法：将滑块轻放在气垫导轨上，看其是否滑动(或将滑块9轻放在气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动)(2) d5mm0.

14、05mm105.50mm0.550cm滑块匀速运动的速度 v . d t(3)由动能定理可知， W mv2，故画出的 W v2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线124某同学利用如图 9 所示的装置探究功与速度变化的关系图 9小物块在 1 条橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为 M1；在钉子上分别套上 2 条、3 条、4 条同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤，小物块落点分别记为 M2、 M3、 M4；测量相关数据，进行数据处理(1)为求出小物块抛出时的动能，需要测量下列物理量中的_(填正确答案标号)A小物块的质量 mB橡皮筋的原长 xC橡皮筋的

15、伸长量 xD桌面到地面的高度 hE小物块抛出点到落地点的水平距离 L(2)将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为 W1、 W2、 W3、，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为 L1、 L2、 L3、.若功与速度的二次方成正比，则应以 W 为纵坐标、_为横坐标作图，才能得到一条直线(3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于_(选填“偶然误差”或“系统误差”)答案 (1)ADE (2) L2 (3)系统误差解析 (1)根据动能的定义 Ek 可知，要求出 Ek，需要测量 m、 v.而小物块离开桌面做mv22平抛运动，有 h gt2， L vt，得 v L ，因此，只要测出 L

16、、 h，就知 v，选项12 g2hA、D、E 正确10(2)因 v L ，所以若 W v2，则 W L2(g、 h 为常量)，应以 L2为横坐标g2h(3)小物块与桌面之间的摩擦不可避免，属于系统误差5某实验小组的同学欲“探究小车动能变化与合外力对它所做功的关系” ，在实验室设计了一套如图 10 甲所示的装置，图中 A 为小车， B 为打点计时器， C 为弹簧测力计， P 为小桶(内有砂子)，一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置，不计绳与滑轮的摩擦实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点图 10(1)该同学在一条比较理想的纸带上，将点迹清晰的某点记为零点，顺次选取一系列点，分别测量这些点到零点之间的距离 x，计算出它们与零点之间的速度平方差 v2 v2 v02，弹簧测力计的读数为 F，小车的质量为 m，然后建立 v2 x 坐标系，通过描点法得到的图象是一条过原点的直线，如图乙所示，则这条直线的斜率的意义为_(填写表达式)(2)若测出小车质量为 0.4kg，结合图象可求得小车所受合外力的大小为_N.答案 (1) (2)12Fm解析 (1)根据动能定理可知 Fx m v2，所以理论上 v2 x x， v2 x 图象为过原12 2Fm点的直线，直线的斜率 k .(2)结合图象可知 k 5N/kg，所以 F1N.2Fm 2Fm