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1、实验五探究动能定理实验五探究动能定理实验基础实验基础热点定位热点定位跟踪训练跟踪训练实验基础实验基础理解落实理解落实 夯基础夯基础注意事项注意事项1.1.平衡摩擦力平衡摩擦力.由于我们用绳的拉力确定对小车做的功由于我们用绳的拉力确定对小车做的功,因此应设法排除因此应设法排除其他力的影响其他力的影响,实际操作中是采用把木板的一端垫高、用小车重力的分实际操作中是采用把木板的一端垫高、用小车重力的分力和阻力平衡的方法来消除阻力的影响力和阻力平衡的方法来消除阻力的影响.2.2.尽量减小小车的加速度尽量减小小车的加速度.因为砝码和小盘拉着小车加速运动时因为砝码和小盘拉着小车加速运动时,砝码和砝码和小盘处
2、于失重状态小盘处于失重状态,小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力.为减小这为减小这一系统误差一系统误差,应使小车的加速度尽量小应使小车的加速度尽量小,也就是实验中必须满足砝码和小也就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远小于小车的质量盘的总质量远小于小车的质量.误差分析误差分析1.1.实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功认为是实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功认为是一样的一样的,但实际上二者并不相同但实际上二者并不相同,这是因为砝码和小盘的总重力与绳的拉这是因为砝码和小盘的总重力与绳的拉力是不一样的力是不一样的.2.2.在
3、在m m M M时时,细绳的拉力近似等于砝码和小盘的总重力细绳的拉力近似等于砝码和小盘的总重力,误差较小误差较小;m;m越越大大,误差越大误差越大.因此实验中应使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量因此实验中应使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量.热点定位热点定位重点透析重点透析 通热点通热点热点一实验原理和步骤热点一实验原理和步骤【例例1 1】(2016(2016吉林长春二模吉林长春二模)如图如图(甲甲)所示为验证动能定理的实验装所示为验证动能定理的实验装置置,较长的小车的前端固定有力传感器较长的小车的前端固定有力传感器,能测出小车所受的拉力能测出小车所受的拉力,小车上小车上固定两个完全相同的
4、遮光条固定两个完全相同的遮光条A,B,A,B,小车、传感器及遮光条的总质量为小车、传感器及遮光条的总质量为M,M,小小车放在安装有定滑轮和光电门的光滑轨道车放在安装有定滑轮和光电门的光滑轨道D D上上,光电门可记录遮光条光电门可记录遮光条A,BA,B通过它时的挡光时间通过它时的挡光时间.用不可伸长的细线将小车与质量为用不可伸长的细线将小车与质量为m m的重物相连的重物相连,轨道放在水平桌面上轨道放在水平桌面上,细线与轨道平行细线与轨道平行(滑轮质量、摩擦不计滑轮质量、摩擦不计).).(1)(1)用螺旋测微器测遮光条的宽度用螺旋测微器测遮光条的宽度,如图如图(乙乙)所示所示,则遮光条的宽度则遮光
5、条的宽度d=d=mm.mm.(2)(2)实验过程中实验过程中 (填填“需要需要”或或“不需要不需要”)满足满足M M远大于远大于m.m.(3)(3)实验主要步骤如下实验主要步骤如下:测量小车、传感器及遮光条的总质量测量小车、传感器及遮光条的总质量M,M,测量两遮光条的距离测量两遮光条的距离L;L;按图按图(甲甲)正确连接器材正确连接器材.由静止释放小车由静止释放小车,小车在细线拉动下运动小车在细线拉动下运动,记录传感器的示数记录传感器的示数F F及遮光条及遮光条A,BA,B经过光电门的挡光时间经过光电门的挡光时间t tA A和和t tB B,则验证动能定理的表达式为则验证动能定理的表达式为 .
6、(用字母用字母M,F,L,d,tM,F,L,d,tA A,t,tB B表示表示)核心点拨核心点拨(1)(1)对螺旋测微器在读转动刻度时对螺旋测微器在读转动刻度时,一定要估读一定要估读.(2)(2)要理解力传感器示数与重物重力的关系要理解力传感器示数与重物重力的关系.解析解析:(1)(1)根据螺旋测微器的读数规则根据螺旋测微器的读数规则,遮光条的宽度遮光条的宽度d=0.400 mm.d=0.400 mm.(2)(2)由于实验中小车的力由力传感器测出由于实验中小车的力由力传感器测出,所以无需所以无需M M远大于远大于m.m.答案答案:(1)0.400(0.399(1)0.400(0.3990.40
7、10.401均可均可)(2)(2)不需要不需要方法技巧方法技巧 解决解决“探究动能定理探究动能定理”实验时的注意点实验时的注意点(1)(1)正确理解实验原理正确理解实验原理,不同实验方法测量的量不同不同实验方法测量的量不同,但均是对比外力做但均是对比外力做功与动能变化的数值功与动能变化的数值.(2)(2)要善于将类似实验方法进行迁移要善于将类似实验方法进行迁移.【教师备用教师备用】(多选多选)“探究探究动能定理动能定理”的实验装置如图所示的实验装置如图所示,当小车在两当小车在两条橡皮筋作用下弹出时条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为橡皮筋对小车做的功记为W W0 0.当用当用4 4条、
8、条、6 6条、条、8 8条条完全相同的橡皮筋并在一起进行第完全相同的橡皮筋并在一起进行第2 2次、第次、第3 3次、第次、第4 4次次实验时实验时,橡皮筋对小车做的功记为橡皮筋对小车做的功记为2W2W0 0,3W,3W0 0,4W,4W0 0,每次实验中由静止弹出的小车每次实验中由静止弹出的小车获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出获得的最大速度可由打点计时器所打的纸带测出.关于该实验关于该实验,下列说法下列说法正确的是正确的是()A.A.本实验不需要平衡摩擦力本实验不需要平衡摩擦力B.B.实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等实验中使用的若干根橡皮筋的原长可以不相等C.C.每次实验中应
9、使小车从同一位置由静止弹出每次实验中应使小车从同一位置由静止弹出D.D.利用每次测出的小车最大速度利用每次测出的小车最大速度v vm m和橡皮筋做的功和橡皮筋做的功W,W,依次作出依次作出W-W-v vm m,W,W-v-vm m2 2,W W-v-vm m3 3,W,W2 2-v vm m,W,W3 3-v vm m的图像的图像,直到找出合力做功与物体速度变化的关系直到找出合力做功与物体速度变化的关系.CD CD 热点二实验数据处理热点二实验数据处理【例例2 2】质量为质量为1 kg1 kg的重物自由下落的重物自由下落,通过打点计时器在纸带上记录下运通过打点计时器在纸带上记录下运动过程动过程
10、,打点计时器所接电源为打点计时器所接电源为“6 V,50 Hz”6 V,50 Hz”的交流电源的交流电源,如图如图(甲甲)所示所示,纸带上纸带上O O点为重物自由下落时打点的起点点为重物自由下落时打点的起点,选取的计数点选取的计数点A,B,C,D,E,F,GA,B,C,D,E,F,G依依次间隔一个点次间隔一个点(图中未画出图中未画出),),各计数点与各计数点与O O点的距离依次为点的距离依次为31.4,70.6,31.4,70.6,125.4,195.9,282.1,383.8,501.2,125.4,195.9,282.1,383.8,501.2,单位为单位为mm,mm,重力加速度为重力加速
11、度为9.8 m/s9.8 m/s2 2.(1)(1)求出求出B,C,D,E,FB,C,D,E,F各点速度填入下表各点速度填入下表.计计数点数点B BC CD DE EF F速度速度/(m/(ms s-1-1)(2)(2)填入重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功填入重物下落从起点到图中各点过程中重力所做的功.计计数点数点B BC CD DE EF F功功/J/J(3)(3)适当选择坐标轴适当选择坐标轴,在图在图(乙乙)中作出重力做的功与速度的相关量之间的中作出重力做的功与速度的相关量之间的关系图关系图.图中纵坐标表示图中纵坐标表示,横坐标表示横坐标表示 ,由图可得重力所做的功与由图可得重力
12、所做的功与成成关系关系.(2)(2)计算重力做功的公式计算重力做功的公式W=W=mghmgh.(2)(2)重力做的功由重力做的功由W=W=mghmgh求出求出,W,WB B=mg =19.870.610=mg =19.870.610-3-3 J0.69 J0.69 J,J,同理同理W WC C1.23 J,W1.23 J,WD D1.92 J,W1.92 J,WE E2.76 J,W2.76 J,WF F3.76 J.3.76 J.(3)(3)如图所示如图所示答案答案:(1)1.18(1)1.181.571.571.961.962.352.352.742.74(2)0.69(2)0.691.2
13、31.231.921.922.762.763.763.76(3)(3)关系图见解析重力做的功关系图见解析重力做的功W WG G速度的二次方速度的二次方v v2 2速度的二次方速度的二次方v v2 2正比正比【教师备用教师备用】(2016(2016湖南衡阳联考湖南衡阳联考)某同学为探究合力做功与物体动能改某同学为探究合力做功与物体动能改变的关系变的关系,设计了如下实验设计了如下实验,他的操作步骤是他的操作步骤是:按图按图(甲甲)摆好实验装置摆好实验装置,其中小车质量其中小车质量M=0.4 kg,M=0.4 kg,钩码总质量钩码总质量m=0.1 kg.m=0.1 kg.先接通打点计时器的电源先接通
14、打点计时器的电源(电源频率电源频率f=50 Hz),f=50 Hz),然后释放小车然后释放小车,打出一条打出一条纸带纸带.(1)(1)经过多次重复实验经过多次重复实验,他从打出的多条纸带中选出一条打点清晰的他从打出的多条纸带中选出一条打点清晰的,如图如图(乙乙)所示所示.把打下的第一点记作把打下的第一点记作0,0,然后依次然后依次取若干个计数点取若干个计数点,相邻计数点相邻计数点间还有间还有4 4个点未画出个点未画出,用厘米刻度尺测得各计数点到用厘米刻度尺测得各计数点到0 0点距离分别为点距离分别为d d1 1=0.041 m,d0.041 m,d2 2=0.055 m,d=0.055 m,d
15、3 3=0.167 m,d=0.167 m,d4 4=0.256 m,d=0.256 m,d5 5=0.360 m=0.360 m他把钩码重力他把钩码重力(当地重力加速度当地重力加速度g=9.8 m/sg=9.8 m/s2 2)作为小车所受合力作为小车所受合力,算出算出0 0点到第点到第4 4个计数点个计数点合力做功合力做功W=W=J,J,打下第打下第4 4个计数点时小车动能个计数点时小车动能E Ek k=J.(J.(结结果保留三位有效数字果保留三位有效数字)答案答案:(1)0.251(1)0.2510.1860.186(2)(2)由此实验探究的结果由此实验探究的结果,他未能得到他未能得到“合
16、力对物体做的功等于动能的变化合力对物体做的功等于动能的变化”,且误差很大且误差很大,主要原因有主要原因有 .(.(只需答一条只需答一条)解析解析:(2)(2)主要原因主要原因:钩码质量太大钩码质量太大;没有平衡摩擦力没有平衡摩擦力.答案答案:(2)(2)见解析见解析热点三实验的创新与改进热点三实验的创新与改进新题体验新题体验1.1.在在“探究功与物体速度变化的关系探究功与物体速度变化的关系”实验中实验中,某实验探究小组的实验某实验探究小组的实验装置如图装置如图(甲甲)所示所示.木块从木块从A A点由静止释放后点由静止释放后,在在1 1根弹簧作用下弹出根弹簧作用下弹出,沿沿水平长木板运动到水平长
17、木板运动到B B1 1点停下点停下,O,O点为弹簧原长时所处的位置点为弹簧原长时所处的位置,测得测得OBOB1 1的距的距离为离为L L1 1,并将此过程中弹簧对木块做的功记为并将此过程中弹簧对木块做的功记为W.W.用完全相同的弹簧用完全相同的弹簧2 2根、根、3 3根根并在一起进行第并在一起进行第2 2次、第次、第3 3次次实验实验,每次实验木块均从每次实验木块均从A A点释放点释放,木块分别运动到木块分别运动到B B2 2,B,B3 3停下停下,测得测得OBOB2 2,OB,OB3 3的距离分别为的距离分别为L L2 2,L L3 3,弹簧对木块做的功分别记为弹簧对木块做的功分别记为2W,
18、3W2W,3W,作出弹簧对木块做功作出弹簧对木块做功W W与与木块停下的位置距木块停下的位置距O O点的距离点的距离L L的的W W-L L图像图像,如图如图(乙乙)所示所示.(1)(1)根据图线分析根据图线分析,弹簧对木块做功弹簧对木块做功W W与木块在与木块在O O点的速度点的速度v v0 0之间的关系为之间的关系为.A.WA.W与与v v0 0成正比成正比 B.WB.W与与v v0 0成线性关系成线性关系C.WC.W与与v v0 0的二次方成正比的二次方成正比 D.WD.W与与v v0 0的二次方成线性关系的二次方成线性关系(2)(2)图线与纵轴交点的物理意义是图线与纵轴交点的物理意义是
19、 .(2)(2)根据动能定理全过程的表达式根据动能定理全过程的表达式,W,W-L L图线不通过原点图线不通过原点,是因为未计木块通是因为未计木块通过过AOAO段时摩擦力对木块所做的功段时摩擦力对木块所做的功(或未计或未计AOAO段木块克服摩擦力所做的功段木块克服摩擦力所做的功).).答案答案:(1)D(1)D(2)AO(2)AO段木块克服摩擦力所做的功段木块克服摩擦力所做的功2.2.某某实验实验小小组组利用利用图图示装置示装置进进行行“探究探究动动能定理能定理”的的实验实验,实验实验步步骤骤如下如下:A.A.挂上挂上钩码钩码,调节长调节长木板的木板的倾倾角角,轻轻推小推小车车后后,使小使小车车
20、能沿能沿长长木板向下做匀木板向下做匀速运速运动动;B.B.打开速度打开速度传传感器感器,取下取下轻绳轻绳和和钩码钩码,保持保持A A中中调节调节好的好的长长木板木板倾倾角不角不变变,让让小小车车从从长长木板木板顶顶端由静止下滑端由静止下滑,分分别记录别记录小小车车通通过过速度速度传传感器感器1 1和速度和速度传传感器感器2 2时时的速度大小的速度大小v v1 1和和v v2 2;C.C.重新挂上重新挂上细绳细绳和和钩码钩码,改改变钩码变钩码的个数的个数,重复重复A A到到B B的步的步骤骤.回答下列回答下列问题问题:(1)(1)按上述方案做按上述方案做实验实验,长长木板表面粗糙木板表面粗糙对实
21、验结对实验结果是否有影响果是否有影响?(填填“是是”或或“否否”););(2)(2)若要若要验证动验证动能定理的表达式能定理的表达式,还还需需测测量的物理量有量的物理量有;A.A.悬悬挂挂钩码钩码的的总质总质量量m m B.B.长长木板的木板的倾倾角角C.C.两两传传感器感器间间的距离的距离l l D.D.小小车车的的质质量量M M(3)(3)根据根据实验实验所所测测的物理量的物理量,动动能定理的表达式能定理的表达式为为.(.(重力加重力加速度速度为为g)g)跟踪训练跟踪训练即时巩固即时巩固 测效果测效果1.1.如图所示如图所示,某组同学在做某组同学在做“探究功与速度变化的关系探究功与速度变化
22、的关系”实验时实验时,他们将他们将轨道的一端垫得很高轨道的一端垫得很高,并让小车从图示位置由静止释放并让小车从图示位置由静止释放.(1)(1)请指出其中的错误请指出其中的错误(或不妥或不妥)三处三处:、.(2)(2)改进上述错误后改进上述错误后,具体实际操作中还要求具体实际操作中还要求(写出两条即可写出两条即可):):.、.答案答案:(1)(1)电磁打点计时器错接直流电源平衡摩擦力过度电磁打点计时器错接直流电源平衡摩擦力过度(倾角太大倾角太大)小车释放位置离计时器太远小车释放位置离计时器太远(2)(2)所用橡皮筋规格相同先接通电源后释放小车所用橡皮筋规格相同先接通电源后释放小车2.2.(201
23、3(2013福建卷福建卷,19),19)在在“探究恒力做功与动能改变的关系探究恒力做功与动能改变的关系”实验中实验中 装装置如图置如图(甲甲):):(1)(1)下列说法哪一项是正确的下列说法哪一项是正确的.(.(填选项前字母填选项前字母)A.A.平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上B.B.为减小系统误差为减小系统误差,应使钩码质量远大于小车质量应使钩码质量远大于小车质量C.C.实验时实验时,应使小车靠近打点计时器由静止释放应使小车靠近打点计时器由静止释放解析解析:(1)(1)平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力与摩擦力平衡平衡摩擦力是让小车重力的下滑分力
24、与摩擦力平衡,故不能故不能挂钩码平衡摩擦力挂钩码平衡摩擦力,选项选项A A错误错误;该实验中该实验中,可近似用钩码的重力表示小可近似用钩码的重力表示小车所受到的拉力车所受到的拉力,因此应使钩码的质量远小于小车的质量因此应使钩码的质量远小于小车的质量,选项选项B B错误错误;实验时实验时,为充分利用纸带为充分利用纸带,应使小车靠近打点计时器由静止释放应使小车靠近打点计时器由静止释放,选项选项C C正确正确.答案答案:(1)C(1)C(2)(2)图图(乙乙)是实验中获得的一条纸带的一部分是实验中获得的一条纸带的一部分,选取选取O,A,B,CO,A,B,C计数点计数点,已知已知打点计时器使用的交流电
25、频率为打点计时器使用的交流电频率为50 Hz,50 Hz,则打则打B B点时小车的瞬时速度大小为点时小车的瞬时速度大小为m/sm/s(保留三位有效数字保留三位有效数字).).答案答案:(2)0.653(2)0.6533.3.某同学验证动能定理的实验装置如图某同学验证动能定理的实验装置如图(甲甲)所示所示.水平桌面上固定一倾水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨斜的气垫导轨;导轨上导轨上A A点处有一带遮光片的长方形滑块点处有一带遮光片的长方形滑块,其总质量为其总质量为M,M,实验步骤如下实验步骤如下:用游标卡尺测出遮光片的宽度用游标卡尺测出遮光片的宽度d;d;安装好实验器材安装好实验器材,给气垫导轨接
26、上气源给气垫导轨接上气源,然后读出拉力传感器的示数然后读出拉力传感器的示数,记为记为F,F,同时从气垫导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离同时从气垫导轨刻度尺上读出滑块与光电门之间的距离L;L;剪断细绳剪断细绳,让滑块滑向光电门让滑块滑向光电门,并记录滑块通过光电门的时间并记录滑块通过光电门的时间t;t;多次改变滑块与光电门之间的距离多次改变滑块与光电门之间的距离,记录相应的记录相应的L L与与t t的值的值,结果如下表结果如下表所示所示.1 12 23 34 45 5L(mL(m)0.6000.6000.8000.8001.0001.0001.2001.2001.4001.400t(mst
27、(ms)8.228.227.177.176.446.445.855.855.435.431/t1/t2 2(10(104 4 s s-2 2)1.481.481.951.952.412.412.922.923.393.39试分析下列问题试分析下列问题:(1)(1)用游标卡尺测量遮光片宽度用游标卡尺测量遮光片宽度d d的测量结果如图的测量结果如图(乙乙)所示所示,则则d=d=cm.cm.(2)(2)剪断细绳后剪断细绳后,滑块开始加速下滑滑块开始加速下滑,则其受到的合外力为则其受到的合外力为.解析解析:(1)(1)宽度宽度d=1.00 cm.d=1.00 cm.(2)(2)剪断细绳前拉力传感器的示
28、数便是剪断细绳后滑块沿斜面滑动所剪断细绳前拉力传感器的示数便是剪断细绳后滑块沿斜面滑动所受到的合外力受到的合外力,即即F.F.答案答案:(1)1.00(1)1.00(2)F(2)F解析解析:(4)(4)所作的图像如图所示所作的图像如图所示.答案答案:(4)(4)图像见解析能得到的实验图像为线性图像图像见解析能得到的实验图像为线性图像4.4.(2016(2016四川资阳模拟四川资阳模拟)某兴趣小组准备探究某兴趣小组准备探究“合外力做功和物体速合外力做功和物体速度变化的关系度变化的关系”,实验前组员们提出了以下几种猜想实验前组员们提出了以下几种猜想:Wv;WvWv;Wv2 2;W .;W .为了验
29、证猜想为了验证猜想,他们设计了如图他们设计了如图(甲甲)所示的实验装置所示的实验装置.PQ.PQ为一块倾斜放为一块倾斜放置的木板置的木板,在在Q Q处固定一个速度传感器处固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过用来测量物体每次通过Q Q点的速点的速度度).).在刚开始实验时在刚开始实验时,小刚同学提出小刚同学提出“不需要测出物体质量不需要测出物体质量,只要测出只要测出物体初始位置到速度传感器的距离物体初始位置到速度传感器的距离L L和读出速度传感器的读数和读出速度传感器的读数v v就行了就行了”,大家经过讨论采纳了小刚的建议大家经过讨论采纳了小刚的建议.(1)(1)请你说明小刚建议的理由请你说
30、明小刚建议的理由:.答案答案:(1)(1)根据动能定理列出方程式根据动能定理列出方程式,可以简化约去质量可以简化约去质量m m(3)(3)实验中实验中,木板与物体间摩擦力木板与物体间摩擦力(选填选填“会会”或或“不会不会”)影响影响探究的结果探究的结果.解析解析:(2)(2)采用表格方法记录数据采用表格方法记录数据,合理绘制的合理绘制的L L-v v图像是曲线图像是曲线,不能得不能得出结论出结论WvWv2 2.为了更直观地看出为了更直观地看出L L和和v v的变化关系的变化关系,应该绘制应该绘制L L-v v2 2图像图像.故选故选A.A.(3)(3)重力和摩擦力的总功重力和摩擦力的总功W W也与距离也与距离L L成正比成正比,因此不会影响探究的结果因此不会影响探究的结果.答案答案:(2)A(2)A(3)(3)不会不会