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1、第第2121讲本单元实验讲本单元实验2021/8/11 星期三1考点整合实验一探究动能定理1.实验目的：探究外力对物体做功与物体实验目的：探究外力对物体做功与物体_的的关系关系2.实验器材与实验装置实验器材与实验装置小车小车(前面带小钩前面带小钩)、100g200g砝码、长木板砝码、长木板(两侧适当两侧适当的对称位置钉两个铁钉的对称位置钉两个铁钉)、_及纸带、学生电源及及纸带、学生电源及导线导线(使用电火花计时器不用学生电源使用电火花计时器不用学生电源)、56条等长的条等长的_、刻度尺、刻度尺 实验装置如图实验装置如图211所示所示第第2121讲讲 考点整合考点整合弹性势能弹性势能弹簧弹簧纸带
2、纸带2021/8/11 星期三2第第2121讲讲 考点整合考点整合实验二验证机械能守恒定律实验二验证机械能守恒定律1.实验目的：验证机械能守恒定律实验目的：验证机械能守恒定律2.实验器材与实验装置实验器材与实验装置铁架台铁架台(含铁夹含铁夹)、_学生电源、纸带、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹带纸带夹)实验装置如图实验装置如图212所示所示3.注意事项注意事项(1)应尽可能控制实验条件，即应满足机械应尽可能控制实验条件，即应满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响影响(2)验证机械能守恒时
3、，可以验证机械能守恒时，可以_物体物体质量，只要比较质量，只要比较v和和ghn是否相等即可验证机械是否相等即可验证机械能是否守恒能是否守恒打点计时器打点计时器不测出不测出2021/8/11 星期三3要点探究探究点一实验原理与实验操作探究点一实验原理与实验操作一、探究动能定理一、探究动能定理1.实验原理实验原理探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做探究功与物体动能变化的关系，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为简化实验，的功，测出力对物体做不同功时物体的速度为简化实验，可将物体的初速度设置为零，用如图可将物体的初速度设置为零，用如图213所示的装置进行实所示的装
4、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.第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三4第第2121讲讲 要点探究要点探究2.实验步骤实验步骤(1)按图按图213将实验仪器安装好，同时平衡摩擦力将实验仪器安装好，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车获得的速度v1，设此时橡皮筋对小车做的功为，设此时橡皮筋对小车做的功为W
5、1，将这一，将这一组数据记入表格组数据记入表格(3)用两条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第用两条橡皮筋做实验，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一次相同，这时橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的，测出小车获得的速度速度v2，将数据记入表格，将数据记入表格(4)用用3条、条、4条条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格和速度，记入表格(5)用作图法分析数据，得出结论用作图法分析数据，得出结论2021/8/11 星期三5第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三6第第2121讲讲 要点探究要点探究20
6、21/8/11 星期三7第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三8第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三9第第2121讲讲 要点探究要点探究例例1用如图用如图216所示的实验装置验证机械能守恒定律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，输出电压为实验所用的电源为学生电源，输出电压为6V的交流电和直的交流电和直流电两种重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带流电两种重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定
7、律测量，即可验证机械能守恒定律2021/8/11 星期三10第第2121讲讲 要点探究要点探究(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：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件；按照图示的装置安装器件；B.将打点计时器接到电源的直流输出端上；将打点计时器接到电源的直流输出端上；C.用天平测量出重锤的质量；用天平测量出重锤的质量；D.释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；释放悬挂纸带的夹子，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；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锤下落过程中减少的重力势能是否等根据测量的结果计算重锤下
8、落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能于增加的动能指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，将其选项对应的字母填在下面的空行内，并说明其原因的字母填在下面的空行内，并说明其原因答：答：_2021/8/11 星期三11第第2121讲讲 要点探究要点探究(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值，的数值，如图如图217所示根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五所示根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点个点A、B、C、D、E，测出，测出A点距起始点点距起始点O的距离为的距离为s0，点，点A
9、、C间的距离为间的距离为s1，点，点C、E间的距离为间的距离为s2，使用交流电的频率为，使用交流电的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：的表达式为：a_.2021/8/11 星期三12第第2121讲讲 要点探究要点探究(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是在重锤下落力势能总是大于重锤动能的增加，其原因主要是在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小若已知当地重
10、力加速度公认的较准确的值为的大小若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需，还需要测量的物理量是要测量的物理量是_试用这些物理量和纸带上的测试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为量数据表示出重锤在下落的过程中受到的平均阻力大小为F_.2021/8/11 星期三13第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三14第第2121讲讲 要点探究要点探究点评点评打点计时器是高中物理中最常用和最重要的仪器，打点计时器是高中物理中最常用和最重要的仪器，要使用打点计时器，必须要配备的其他仪器有：交流电源、要使用打点计时器，必须要配备的其他仪器有：交流电
11、源、纸带、导线和刻度尺纸带、导线和刻度尺2021/8/11 星期三15第第2121讲讲 要点探究要点探究变式题 2011德州模拟德州模拟关于关于“探究动能定理探究动能定理”的实验的实验中，下列叙述正确的是中，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先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出2021/8/11 星期三16第第2
12、121讲讲 要点探究要点探究D解析解析本实验不必测出橡皮筋做功的具体数值，本实验不必测出橡皮筋做功的具体数值，只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多只要测出以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，少倍即可，A错；每次实验时橡皮筋拉伸的长度必须保错；每次实验时橡皮筋拉伸的长度必须保持一致，只有这样才能只能保证以后每次实验时橡皮持一致，只有这样才能只能保证以后每次实验时橡皮筋做的功是第一次的整数倍，否则，功的数值难以测筋做的功是第一次的整数倍，否则，功的数值难以测定，定，B错；小车运动过程中会受到阻力，只有使木板倾错；小车运动过程中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差
13、，斜到一定程度，才能减小误差，C错；实验时，应该先错；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，橡皮筋的作用下弹出，D对对2021/8/11 星期三17探究点二数据处理与误差分析探究点二数据处理与误差分析1.探究动能定理的实验探究动能定理的实验(1)数据处理数据处理小车速度的测量：探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关小车速度的测量：探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动系，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，应选用纸带上点迹均匀的部分的速度，应选用纸
14、带上点迹均匀的部分图象分析：以橡皮筋对小车做的功图象分析：以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功得的速度为横坐标，以第一次实验时的功W为单位，作出为单位，作出Wv图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功W与与小车获得的速度小车获得的速度v的定量关系的定量关系第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三18(2)减小实验误差应注意的问题减小实验误差应注意的问题在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点便
15、于处理，求出小车运动的速适当，以保证打在纸带上的点便于处理，求出小车运动的速度度平衡摩擦力时，可使木板略微倾斜，保证小车脱离橡平衡摩擦力时，可使木板略微倾斜，保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动皮筋后做匀速运动(3)若小车的质量较小，当用多条橡皮筋时，打出的点过若小车的质量较小，当用多条橡皮筋时，打出的点过少，应改用质量稍大的小车少，应改用质量稍大的小车(或加砝码或加砝码)，以保证打出的点便，以保证打出的点便于处理于处理第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三19第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三20第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11
16、星期三21第第2121讲讲 要点探究要点探究本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差，减小误本实验的另一个误差来源于长度的测量，属偶然误差，减小误差的办法是测下落距离时都从差的办法是测下落距离时都从O点测量，一次将各点对应的下落高点测量，一次将各点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值度测量完，或者多次测量取平均值重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，所以系统误差总是重物和纸带下落过程中要克服阻力做功，所以系统误差总是使动能的增加量略小于重力势能的减少量使动能的增加量略小于重力势能的减少量3.打点计时器问题打点计时器问题探究动能定理和验证机械能守恒定律实验中均使用打点计时器，使探究动能
17、定理和验证机械能守恒定律实验中均使用打点计时器，使用打点计时器时应注意：用打点计时器时应注意：(1)应先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带应先接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带(2)交流电频率的变化会引起打点时间间隔变化而产生误差当交流电频率的变化会引起打点时间间隔变化而产生误差当交流电频率的升高时，实际打点时间间隔小于理论时间间隔，使测交流电频率的升高时，实际打点时间间隔小于理论时间间隔，使测得的速度小于实际速度得的速度小于实际速度(3)计数点选择不当、振动片振动不均匀、纸带放置方法不正确计数点选择不当、振动片振动不均匀、纸带放置方法不正确引起的摩擦都会产生实验误差引起的摩擦都会产生
18、实验误差.2021/8/11 星期三22第第2121讲讲 要点探究要点探究例例2为了探究力对物体做功与物体速度变化的关系，现为了探究力对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图提供如图218所示的器材，让小车在橡皮筋的作用下弹出后，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(打点计时器所打点计时器所用交流电频率为用交流电频率为50Hz)：2021/8/11 星期三23第第2121讲讲 要点探究要点探究(1)为了消除摩擦力的影响，应采取什么措施？为了消除摩擦力的影响，应采取什么措施？_.(2)当我们分别用同样的橡皮筋
19、当我们分别用同样的橡皮筋1条、条、2条、条、3条条并起来并起来进行第进行第1次、第次、第2次、第次、第3次次实验时，每次实验中橡皮筋拉实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度应都保持一致，我们把第伸的长度应都保持一致，我们把第1次实验时橡皮筋对小车做次实验时橡皮筋对小车做的功记为的功记为W.(3)由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打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，如图点计时器和纸带测出，如图219所示是其中四次实验打出的所示是其中四次实验打出的部分纸带部分纸带2021/8/11 星期三24第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三25第第
20、2121讲讲 要点探究要点探究(4)试根据第试根据第(2)、(3)中的信息，填写下表中的信息，填写下表从表中数据可得出的结论是：从表中数据可得出的结论是：_.2021/8/11 星期三26第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三27第第2121讲讲 要点探究要点探究 点评点评 该题综合考查了本实验的注意事项、数据处理及该题综合考查了本实验的注意事项、数据处理及结论，对考生的能力要求较高结论，对考生的能力要求较高2021/8/11 星期三28第第2121讲讲 要点探究要点探究变式题1在一次演示实验中，一个压紧的弹簧沿一粗在一次演示实验中，一个压紧的弹簧沿一粗糙水平面射出一个小
21、物体，测得弹簧压缩的距离糙水平面射出一个小物体，测得弹簧压缩的距离d和小球和小球在粗糙水平面滑动的距离在粗糙水平面滑动的距离s如下表所示由此表可以归纳出如下表所示由此表可以归纳出小物体滑动的距离小物体滑动的距离s跟弹簧压缩的距离跟弹簧压缩的距离d之间的关系，并猜之间的关系，并猜测弹簧的弹性势能测弹簧的弹性势能Ep跟弹簧压缩的距离跟弹簧压缩的距离d之间的关系分别之间的关系分别是是(选项中选项中k1、k2是常量是常量)()A.sk1d，Epk2dBsk1d，Epk2d2C.sk1d2，Epk2dDsk1d2，Epk2d22021/8/11 星期三29第第2121讲讲 要点探究要点探究D解析解析从表
22、中数据可以看出，滑动距离从表中数据可以看出，滑动距离s与弹簧压缩的与弹簧压缩的距离距离d的平方成正比，即的平方成正比，即sk1d2，由于小球的动能全部来，由于小球的动能全部来自于弹簧的弹性势能，小球在滑动过程中动能又全部转化自于弹簧的弹性势能，小球在滑动过程中动能又全部转化为摩擦力做的功，所以弹性势能与摩擦力做功相等，即为摩擦力做的功，所以弹性势能与摩擦力做功相等，即D正确正确2021/8/11 星期三30第第2121讲讲 要点探究要点探究变式题22010安徽卷安徽卷利用图利用图2110所示装置进行所示装置进行验证机械能守恒定律的实验时，需要测量物体由静止开始验证机械能守恒定律的实验时，需要测
23、量物体由静止开始自由下落到某点时的瞬时速度自由下落到某点时的瞬时速度v和下落高度和下落高度h.某班同学利用某班同学利用实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：实验得到的纸带，设计了以下四种测量方案：2021/8/11 星期三31第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三32第第2121讲讲 要点探究要点探究d解析解析由于摩擦阻力等因素的存在，物体加速度由于摩擦阻力等因素的存在，物体加速度ag，a、b、c三项均不正确三项均不正确2021/8/11 星期三33探究点三同类实验拓展与创新探究点三同类实验拓展与创新验证机械能守恒定律的方法很多，在具体的实验过程中验证机械能守恒定律的方
24、法很多，在具体的实验过程中有许多创新，但无论是哪种情况，都要先确定初末状态，利有许多创新，但无论是哪种情况，都要先确定初末状态，利用数据得到动能的变化量，与重力做功去比较，得出结论用数据得到动能的变化量，与重力做功去比较，得出结论.第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三34第第2121讲讲 要点探究要点探究例例3用气垫导轨装置验证机械能守恒定律，先非常仔细用气垫导轨装置验证机械能守恒定律，先非常仔细地把导轨调成水平，然后如图地把导轨调成水平，然后如图2111所示用垫块把导轨一端垫所示用垫块把导轨一端垫高高H.滑块滑块m上面装上面装l3cm的挡光框，使它由轨道上端任一处滑的
25、挡光框，使它由轨道上端任一处滑下，测出它通过电门下，测出它通过电门G1和和G2时的速度时的速度v1和和v2，就可以算出它由，就可以算出它由G1到到G2这段过程中动能的增加量这段过程中动能的增加量Ekm(vv)；再算出重力势；再算出重力势能的减少量能的减少量Epmgh，比较，比较Ek与与Ep的大小，便可验证机械的大小，便可验证机械能是否守恒能是否守恒(1)滑块的速度滑块的速度v1、v2如何求出？滑块通过如何求出？滑块通过G1时的高度时的高度h如何如何求出？求出？(2)若测得图中若测得图中L1m，s0.5m，H20cm，m500g，滑块通过滑块通过G1和和G2的时间分别为的时间分别为5.0102s
26、和和2.0102s，当地重，当地重力加速度力加速度g9.80m/s2，试判断机械能是否守恒，试判断机械能是否守恒2021/8/11 星期三35第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三36第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三37第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三38第第2121讲讲 要点探究要点探究点评点评本实验设计是对课本实验原理的拓展，主要考查本实验设计是对课本实验原理的拓展，主要考查在新情景中对已学知识的迁移应用，考查分析、处理实际问在新情景中对已学知识的迁移应用，考查分析、处理实际问题的综合能力题的综合能力2021/8
27、/11 星期三39第第2121讲讲 要点探究要点探究变式题如图如图2112甲所示，用包有白纸的总质量为甲所示，用包有白纸的总质量为m的的圆柱棒替代纸带和重锤，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并圆柱棒替代纸带和重锤，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之替代打点计时器当烧断挂圆柱棒的线后，随之转动，使之替代打点计时器当烧断挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号，如图如图2111乙所示测得记号之间的距离依次为乙所示测得记号之间的距离依次为26mm、42mm、58mm、74mm、90mm、106mm，已知马达铭，已知马达铭
28、牌上标有牌上标有“1500r/min”的字样，由此验证机械能守恒的字样，由此验证机械能守恒2021/8/11 星期三40第第2121讲讲 要点探究要点探究由以上内容回答下列问题：由以上内容回答下列问题：(1)毛笔画相邻两线的时间间隔毛笔画相邻两线的时间间隔T_，乙中圆，乙中圆柱棒的柱棒的_(选填选填“左左”或或“右右”)端是悬挂端端是悬挂端(2)根据图乙中所给数据，可知毛笔画下记号根据图乙中所给数据，可知毛笔画下记号C时，圆时，圆柱棒下落速度柱棒下落速度vC_，画下记号，画下记号D时，圆柱棒下落时，圆柱棒下落速度速度vD_，动能的变化量为，动能的变化量为_，在这段位，在这段位移上，圆柱棒重力势能的变化量为移上，圆柱棒重力势能的变化量为_，由此可得出，由此可得出结论为结论为_2021/8/11 星期三41第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三42第第2121讲讲 要点探究要点探究2021/8/11 星期三432021/8/11 星期三44