高考物理大一輪復習第五章實驗五探究動能定理講義含解析教科版.docx

實驗五探究動能定理1實驗目的探究功與物體速度變化的關系2實驗原理(如圖1所示)圖1(1)一根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功為W.(2)兩根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應為2W.(3)三根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應為3W.(4)利用打點計時器求出小車離開橡皮筋時的速度，列表、作圖，由圖像可以確定功與速度變化的關系3實驗器材橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、鐵釘、刻度尺等4實驗步驟(1)墊高木板的一端，平衡摩擦力(2)拉伸的橡皮筋對小車做功：用一條橡皮筋拉小車做功W.用兩條橡皮筋拉小車做功2W.用三條橡皮筋拉小車做功3W.(3)測出每次做功后小車獲得的速度(4)分別用各次實驗測得的v和W繪制Wv或Wv2、Wv3、圖像，直到明確得出W和v的關系5實驗結論物體速度v與外力做功W間的關系Wmv2.1實驗注意事項(1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，找到長木板的一個合適的傾角(2)測小車速度時，應選紙帶上的點跡均勻的部分，也就是選小車做勻速運動的部分(3)橡皮筋應選規(guī)格一樣的力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值(4)小車質量應大一些，使紙帶上打的點多一些2實驗探究的技巧與方法(1)不直接計算W的數(shù)值，而只是看第2次、第3次實驗中的W是第1次的多少倍，簡化數(shù)據的測量和處理(2)作Wv圖像，或Wv2、Wv3圖像，直到作出的圖像是一條傾斜的直線.命題點一教材原型實驗例1(2018河南省周口市期末)某實驗小組采用如圖2甲所示的實驗裝置來探究功與速度變化的關系圖2(1)下列關于該實驗的說法正確的是_A長木板上有打點計時器的一端要適當墊高，以平衡小車運動過程中受到的摩擦力B實驗時必須設法算出橡皮筋對小車做功的具體值C實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要完全相同D應先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出(2)在正確操作的情況下，該小組某次所打的紙帶如圖乙所示為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，應選用紙帶上的_段進行測量(填“AB”、“BC”或“AC”)；若使用的交流電的頻率為50Hz，則小車最終獲得的速度是_m/s.答案(1)AD(2)BC0.65解析(1)實驗時，由于小車與木板間有摩擦，需將長木板上有打點計時器的一端適當墊高，平衡摩擦力，故A正確；橡皮筋對小車做的功無法直接測量，所以是通過改變橡皮筋的條數(shù)的方法來改變功，為了讓橡皮筋的功能有倍數(shù)關系就要求將橡皮筋拉到同一位置處，故B、C錯誤；實驗時先接通電源，再釋放小車，故D正確；(2)為了測量橡皮筋做功后小車獲得的速度，要測量最大速度，應該選用點跡均勻的部分，即BC段，小車的最終速度vm/s0.65 m/s.變式1(2018寧夏銀川一中一模)某同學利用如圖3所示的裝置探究做功與速度變化的關系圖3(1)小物塊在橡皮筋的作用下彈出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點記為M1；(2)在釘子上分別套上2條、3條、4條同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長度都保持一致，重復步驟(1)，小物塊落點分別記為M2、M3、M4；(3)測量相關數(shù)據，進行數(shù)據處理為求出小物塊拋出時的動能，需要測量下列物理量中的_(填正確答案標號)A小物塊的質量mB橡皮筋的原長xC橡皮筋的伸長量xD桌面到地面的高度hE小物塊拋出點到落地點的水平距離L將幾次實驗中橡皮筋對小物塊做功分別記為W1、W2、W3、，小物塊拋出點到落地點的水平距離分別記為L1、L2、L3、.若功與速度的平方成正比，則應以W為縱坐標、_為橫坐標作圖，才能得到一條直線由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于_(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)答案(3)ADEL2系統(tǒng)誤差解析(3)小物塊離開桌面后做平拋運動，由桌面到地面的高度hgt2，可計算出平拋運動的時間，再根據小物塊拋出點到落地點的水平距離Lv0t，可計算出小物塊離開桌面時的速度，根據動能的表達式Ekmv，還需要知道小球的質量，故A、D、E正確，B、C錯誤根據hgt2和Lv0t，可得vL2，因為功與速度的平方成正比，所以功與L2正比，故應以W為縱坐標、L2為橫坐標作圖，才能得到一條直線一般來說，從多次測量揭示出的實驗誤差稱為偶然誤差，不能從多次測量揭示出的實驗誤差稱為系統(tǒng)誤差由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差命題點二實驗裝置的創(chuàng)新1裝置時代化2求解智能化(1)摩擦阻力問題：靠小車重力的下滑分力平衡摩擦力自由下落阻力減少氣墊導軌減少摩擦力(2)速度的測量方法：勻速運動速度測量紙帶上各點速度光電門v速度傳感器直接顯示速度大小創(chuàng)新點1實驗裝置的創(chuàng)新利用重物牽引小車例2(2017北京理綜21)如圖4所示，用質量為m的重物通過滑輪牽引小車，使它在長木板上運動，打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗圖4(1)打點計時器使用的電源是_(選填選項前的字母)A直流電源B交流電源(2)實驗中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是_(選填選項前的字母)A把長木板右端墊高B改變小車的質量在不掛重物且_(選填選項前的字母)的情況下，輕推一下小車若小車拖著紙帶做勻速運動，表明已經消除了摩擦力和其他阻力的影響A計時器不打點B計時器打點(3)接通電源，釋放小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，將打下的第一個點標為O.在紙帶上依次取A、B、C若干個計數(shù)點，已知相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，測得A、B、C各點到O點的距離為x1、x2、x3如圖5所示圖5實驗中，重物質量遠小于小車質量，可認為小車所受的拉力大小為mg，從打O點到打B點的過程中，拉力對小車做的功W_，打B點時小車的速度v_.(4)以v2為縱坐標，W為橫坐標，利用實驗數(shù)據作出如圖6所示的v2W圖像由此圖像可得v2隨W變化的表達式為_根據功與能的關系，動能的表達式中可能包含v2這個因子，分析實驗結果的單位關系，與圖線斜率有關的物理量應是_圖6(5)假設已經完全消除了摩擦力和其他阻力的影響，若重物質量不滿足遠小于小車質量的條件，則從理論上分析，圖中正確反映v2W關系的是_答案(1)B(2)AB(3)mgx2(4)v24.7W質量(5)A解析(1)打點計時器使用交流電源(2)平衡摩擦力的方法為將木板一端墊高，使得重力沿木板方向的分力與摩擦力和其他阻力平衡，使小車做勻速直線運動；判斷小車做勻速直線運動是根據紙帶上相鄰點間的距離相等判定，故需計時器打點(3)拉力大小為mg，O到B位移為x2，根據功的公式得Wmgx2.由于小車做勻加速直線運動，B點為AC的時間中點，AC段的平均速度等于B點的瞬時速度，即v.(4)因v2W圖像為直線，則設v2kWb，由題圖讀出b0.005，在直線上任取兩個相距較遠的點，可得：k4.7，在作圖誤差允許的范圍內表達式可寫成v24.7W.由等式兩端的物理量單位可知，左側單位m2s2，右側W單位為J.所以k的單位為，所以與斜率有關的物理量是質量(5)設小車質量為M，以重物與小車整體為研究對象，則a，設小車滑行x時速度為v，則v202ax.可得v2mgx.實驗中認為Wmgx，所以v2W，m與M為定值，故A正確創(chuàng)新點2實驗裝置的創(chuàng)新利用光電門和氣墊導軌例3(2018湖南省長沙市雅禮中學模擬二)某學習小組利用如圖7所示的裝置驗證動能定理圖7(1)將氣墊導軌調至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s_cm.(2)測量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間t1和t2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實驗還需要直接測量的一個物理量是_；(3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量_(填“是”或“否”)答案(1)50.00(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量M(3)否解析(1)光電門1處刻度尺讀數(shù)為：23.00cm，光電門2處刻度尺讀數(shù)為：73.00cm，故兩光電門中心之間的距離s73.00cm23.00cm50.00cm；(2)滑塊通過光電門1的速度為：v1滑塊通過光電門2的速度為：v2根據功能關系需要驗證的關系式為：FsMvMvM2M2可見還需要測量出M，即滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質量；(3)該實驗中由于已用傳感器測出繩子拉力大小，不是將砝碼和砝碼盤的重力作為滑塊受到的拉力，故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的質量創(chuàng)新點3實驗裝置的創(chuàng)新利用傳感器例4(2018湖南省常德市模擬)某學習小組用圖8甲所示的實驗裝置探究“動能定理”他們在氣墊導軌上安裝了一個光電門B，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過氣墊導軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放圖8(1)某同學用游標卡尺測量遮光條的寬度d，如圖乙所示，則d_mm.(2)下列實驗要求中不必要的一項是_(請?zhí)顚戇x項前對應的字母)A應使滑塊質量遠大于鉤碼和力傳感器的總質量B應使A位置與光電門間的距離適當大些C應將氣墊導軌調至水平D應使細線與氣墊導軌平行(3)實驗時保持滑塊的質量M和A、B間的距離L不變，改變鉤碼質量m，測出對應的力傳感器的示數(shù)F和遮光條通過光電門的時間t，通過描點作出線性圖像，研究滑塊動能變化與合外力對它所做功的關系，處理數(shù)據時應作出的圖像是_(填寫選項前對應的字母)At圖像B.F圖像Ct2圖像D.F2圖像答案(1)2.30(2)A(3)C解析(1)由題圖知d2mm60.05mm2.30mm.(2)拉力是直接通過力傳感器測量的，故A不必要；應使A位置與光電門的距離適當大些，有利于減小誤差，故B是必要的；應將氣墊導軌調節(jié)水平，保持細線與氣墊導軌平行，這樣拉力才等于合力，故C、D是必要的(3)根據牛頓第二定律：FMa，滑塊通過光電門的速度為：v，根據運動學公式：v22ax，代入可得：22L，解得：t2，所以處理數(shù)據時應做出t2的圖像，故選C.命題點三實驗方案的創(chuàng)新例5為了探究動能變化與合外力做功的關系，某同學設計了如下實驗方案：第一步：把長木板附有滑輪的一端墊起，把質量為M的滑塊通過細繩與質量為m的帶夾子的重錘跨過定滑輪相連，重錘后連一穿過打點計時器的紙帶，調整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動，如圖9甲所示第二步：保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開始向下加速運動，打出紙帶，如圖乙所示打出的紙帶如圖丙所示圖9請回答下列問題：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點間的時間間隔為t，O點為打點計時器打下的第一點，根據紙帶求滑塊運動的速度，打點計時器打B點時滑塊運動的速度vB_.(2)已知重錘質量為m，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊_(寫出物理量名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達式W合_.(3)算出滑塊運動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標系，描點作出v2W圖像，可知該圖像是一條_，根據圖像還可求得_答案(1)(2)下滑的位移xmgx(3)過原點的直線滑塊的質量M解析(1)由打出的紙帶可知打B點時的速度為vB；(2)由題知撤去重錘后，滑塊下滑時受到的合力等于重錘的重力，只要知道滑塊下滑的位移x就可得合力所做的功，Wmgx；(3)由動能定理得WMv2，若描點作出v2W圖像，則其為一條過坐標原點的傾斜直線，直線斜率k，故可求滑塊質量M.變式2(2018山東省棗莊市期末質量檢測)某同學為驗證“動能定理”設計了如圖10甲所示的實驗裝置：用一個電磁鐵吸住一個小鋼球；當將電磁鐵斷電后，小鋼球由靜止開始向下加速運動；小鋼球經過光電門時，計時裝置將記錄小鋼球通過光電門所用的時間t，用游標卡尺測出小鋼球的直徑d，用直尺測量出小鋼球由靜止開始下降至光電門時的高度h，當?shù)氐闹亓铀俣葹間，那么圖10(1)測量小鋼球的直徑結果如圖乙所示，則小鋼球的直徑d_cm.(2)忽略空氣阻力的影響，該同學驗證“動能定理”的表達式為_(用題中字母表示)(3)如果用這套裝置驗證機械能守恒定律，下面的做法能提高實驗精度的是_A在保證其他條件不變的情況下，減小小球的直徑B在保證其他條件不變的情況下，增大小球的直徑C在保證其他條件不變的情況下，增大小球的質量D在保證其他條