（通用版）2020版高考物理大一轮复习5.5实验5探究动能定理课件新人教版.pptx

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1、实验5 探究动能定理,-2-,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,总结出合外力做功与物体速度二次方的正比关系。 二、实验原理 1.改变功的大小:采用如图所示的实验装置,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W0、2W0、3W0、。,-3-,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W-v或W-v2图像。分析图像,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定

2、量关系。 三、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)、若干条规格相同的橡皮筋、毫米刻度尺。,-4-,四、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。 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W0,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

3、功为2W0,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。,-5-,五、数据处理 1.测量小车的速度:实验获得如图所示的纸带,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x,小车速度的表达式是v= (T为打点计时器打点的时间间隔)。2.记录实验数据:把计算出的速度填入表格中并算出v2的值。,-6-,3.数据处理:在坐标纸上画出W-v或W-v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)。,4.实验结论:合外力对物体做的功与物体速度变化的关系为W

4、v2。,-7-,六、误差分析 1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一致,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,测量不准带来误差。,-8-,七、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。 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

5、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。,-9-,1.在该实验中是如何判断小车做匀速直线运动的? 提示：根据纸带上的点是否均匀来判断,如果均匀,说明小车做匀速直线运动。 2.如果把长木板换成气垫导轨,是否还需要平衡摩擦力? 提示：不需要平衡摩擦力。,-10-,考点一,考点二,考点三,实验原理与操作 例1某学习小组做探究功与速度变化的关系的实验如图所示,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W0。当用2条

6、、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。,-11-,考点一,考点二,考点三,(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,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

7、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,-12-,考点一,考点二,考点三,(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(根据如图所示的纸带回答)。,答案,解析,-13-,考点一,考点二,考点三,数据处理与误差分析 例2图甲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。这时,橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次第n次实验时,每次橡皮筋都被拉伸到同

8、一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出,图乙为某次实验中打出的纸带。,-14-,考点一,考点二,考点三,(1)除了图中已给出的实验器材和电源外,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分布并不都是均匀的,为了测量小车最终获得的末速度,应选用纸带的 部分进行测量。,-15-,考点一,考点二,考点三,(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。,-16-,考点一,考点二,考点三,从理论上讲,橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn ,请你运用表中的数据在如图丙所示的坐标系中作出相应的图像

9、,以验证理论的正确性。,答案,解析,-17-,考点一,考点二,考点三,规律总结处理实验数据的方法有平均值法、列表法和图像法,本题主要用了后两种方法处理实验数据。列表法的优点是将数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果和运算是否合理,有助于发现和分析问题,而且列表法还是图像法的基础。图像法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系,并便于找出其中的规律,确定对应量的函数关系。,-18-,考点一,考点二,考点三,实验的改进与创新 本实验易与其他力学知识综合考查,出题方式灵活,往往在教材实验基础上创设新情境。实验的器材和数据处理及实验方案都有可能进行改进和创新。

10、1.实验器材及装置的改进,-19-,考点一,考点二,考点三,2.数据测量的改进 由光电门测速度v= ;速度传感器直接显示速度大小 用纸带测速度。 3.实验方案的改进 利用光电门和气垫导轨探究功和动能的关系。,-20-,考点一,考点二,考点三,例3某学习小组利用如图所示的装置探究动能定理。,-21-,考点一,考点二,考点三,(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x= 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t1和t2,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

11、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? (选填“是”或“否”)。,答案,解析,-22-,考点一,考点二,考点三,例4(2018湖北百所中学联考)某学习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,在实验室设计了如图所示的甲、乙两套装置,图中A为小车,B为打点计时器,C为弹簧测力计,P为小桶(内有沙子),一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置。,-23-,考点一,考点二,考点三,(1)如果忽略滑轮与绳间的摩擦,小组成员认为:甲图中弹簧测力计的示数即为小车受到的拉力大小;乙图中弹簧测力计示数的二倍为小车受到的拉力大小。请判断两种分析是否正确,若不正确,请指明并简要说出不正确

12、的原因。 。 (2)选择了上述一种合理的方法后,要顺利完成该实验,除图中实验仪器和低压交流电源(含导线)外,还必需的两个实验仪器是 、 。 (3)该实验中发现小车受到的阻力对实验结果影响较大,在长木板保持水平的情况下,请你利用该装置测出小车受到的阻力,其方法是,-24-,考点一,考点二,考点三,(4)在上述实验操作中,打点计时器使用的交流电频率为50 Hz,某同学打出的一段纸带如下图所示,O、A、BF为打点计时器连续打出的计时点,根据图中数据求出小车运动时与纸带上E点相对应的瞬时速度vE= m/s。(结果保留三位有效数字),-25-,考点一,考点二,考点三,解析：(1)在题图甲中,小车的拉力等

13、于弹簧测力计的拉力;在题图乙中,考虑到动滑轮的质量m,设弹簧测力计的拉力为F,小车对滑轮的拉力为FT,则2F-FT=ma,由FT=2F-ma知小车所受到的拉力FT小于(或不等于)弹簧测力计示数F的二倍。 (2)该实验要计算出小车的动能,需要测量小车的质量,所以需要天平;要测量纸带计时点之间的长度,还需要刻度尺。 (3)调整小桶内沙子的质量,轻推小车,使小车拖动纸带做匀速运动,则弹簧测力计的示数等于小车受到的阻力大小。 (4)E点的速度等于DF段的平均速度,-26-,考点一,考点二,考点三,答案：(1)的说法是正确的;的说法不正确,因为当小车加速运动时,要考虑滑轮的质量,小车所受到的拉力小于(或

14、不等于)弹簧测力计示数的二倍 (2)刻度尺 天平 (3)调整小桶内沙子的质量,轻推小车,使小车拖动纸带做匀速运动,则弹簧测力计的示数等于小车受到的阻力大小 (4)1.39,-27-,1,2,3,4,1.探究做功和物体速度变化的关系的实验装置如图甲所示,小车在1条橡皮筋作用下弹出,小车获得的速度为v,由打点计时器所打点的纸带测出,橡皮筋对小车做的功记为W。实验时,将木板左端调整到适当高度,每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。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次多次实验时,请回答下列问题:,-28-,1,2,3,4,(1)除了图甲中已给出的器材外,还需要的器材:交流电源、 。

15、(2)图乙是小车在某次运动过程中打点计时器在纸带上打出的一系列的点,打点的时间间隔为0.02 s,则小车离开橡皮筋时的速度为 m/s(保留两位有效数字)。 (3)(多选)将几次实验中橡皮筋对小车所做的功W和小车离开橡皮筋时的速度v进行数据处理,以W为纵坐标、v或v2为横坐标作图,可能符合实际情况的是 。,-29-,1,2,3,4,解析：(1)需要的器材除了交流电源外,还有刻度尺;,的是A图;以v2为横坐标作图,可能符合实际情况的是D图。 答案：(1)刻度尺 (2)0.36 (3)AD,-30-,1,2,3,4,2.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

16、学设计了如下实验方案:,-31-,1,2,3,4,A.实验装置如图甲所示,滑块后面夹纸带,纸带穿过打点计时器。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: (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。,-32-,1,2,3,4,(3

17、)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3.15 cm、12.40 cm、27.70 cm、49.05 cm,由此可得物体的加速度为 m/s2。(计算结果保留三位有效数字) (4)若滑块质量为m0、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v1和v2,1、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,解析,-33-,1,2,3,4,3.(2017北京卷)如图甲所示,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

18、。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 (选填选项前的字母)。 A.直流电源 B.交流电源,-34-,1,2,3,4,(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,-35-,1,2,3,4,(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

19、为T。测得A、B、C各点到O点的距离分别为x1、x2、x3,如图乙所示。乙 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= 。,-36-,1,2,3,4,(4)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v2-W图像。由此图像可得v2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v2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 。,-37-,1,2,3,4,(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,图丁

20、中正确反映v2-W关系的是 。,-38-,1,2,3,4,解析：(1)由打点计时器的原理可知,使用的是交流电源。 (2)平衡摩擦力的原理是利用重力的下滑分力平衡阻力,故应把长木板右端垫高。阻力包括摩擦力和纸带与限位孔的阻力,故平衡时不挂重物,但后面要拖纸带,故应让计时器打点,且根据点迹是否均匀判定是否平衡好了。 (3)拉力为mg,位移为x2,则做功W=mgx2,(4)在图上取两点算得斜率k4.71(4.55.0均正确),故v2=kW,k=(4.55.0) m2s-2J-1。,-39-,1,2,3,4,-40-,1,2,3,4,4.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:

21、第一步:把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起,把质量为m0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。,-41-,1,2,3,4,-42-,1,2,3,4,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图像,可知该图像是一条 ,根据图像还可求得 。,答案,解析,