2022高考物理一輪復(fù)習(xí)第五章實(shí)驗(yàn)5探究動(dòng)能定理課件

1、實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)5 5探究動(dòng)能定理探究動(dòng)能定理第五章第五章2022必備知識必備知識 預(yù)案自診預(yù)案自診一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,總結(jié)出合力做功與物體速度平方成正比的關(guān)系,即wv2。2.探究動(dòng)能定理:力在一個(gè)過程中對物體做的功,等于物體在這個(gè)過程中動(dòng)能的變化,即w=ek。二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、交流電源、長木板、小車、紙帶、橡皮筋(重物、細(xì)繩)、墊塊、毫米刻度尺。三、實(shí)驗(yàn)思路方案一由橡皮筋提供牽引力,改變橡皮筋的根數(shù),由靜止釋放小車,若1根橡皮筋對小車做的功是w1,則n根橡皮筋對小車做的功是nw1。小車獲得的速度可以由紙帶測出。數(shù)據(jù)處理1.選點(diǎn)測速:在紙帶上選取點(diǎn)跡均勻的部分測出小車被彈出后獲得的

2、速度vn,并做記錄。2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出w-v2圖像。 誤差分析1.橡皮筋長短、粗細(xì)不一,使橡皮筋的拉力做功與橡皮筋的根數(shù)不成正比造成誤差。2.沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過大也會(huì)造成誤差。3.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶計(jì)算小車速度時(shí),測量不準(zhǔn)確造成誤差。方案二由重物提供牽引力,當(dāng)mm時(shí),可以把重物所受的重力當(dāng)成小車受到的牽引力。改變重物的質(zhì)量或者改變小車運(yùn)動(dòng)的距離,也就改變了牽引力做的功。小車運(yùn)動(dòng)的距離和小車獲得的速度可以由紙帶測出。數(shù)據(jù)處理選取一條紙帶,分別計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)重物重力所做的功wn=mgxn以及小車所對應(yīng)的動(dòng)能變化量ekn= ,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作ek-w圖像。誤差分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般

3、是ek略小于w,這是由于除克服阻力做功外,重物做加速運(yùn)動(dòng)也會(huì)獲得動(dòng)能。即關(guān)鍵能力關(guān)鍵能力 學(xué)案突破學(xué)案突破考點(diǎn)一考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)教材原型實(shí)驗(yàn)【典例1】 (2020吉林遼源月考)某學(xué)習(xí)小組做探究功與速度變化的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)如圖所示,圖中小車在一條橡皮筋的作用下彈出,沿木板滑行,橡皮筋對小車做的功記為w0。當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長的長度都保持一致),每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外,還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和 交流(選填“交流”或“直流”)電源。 (2)實(shí)驗(yàn)中,小車會(huì)受到摩擦力的作

4、用,可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力,下面操作正確的是 d。 a.放開小車,能夠自由下滑即可b.放開小車,能夠勻速下滑即可c.放開拖著紙帶的小車,能夠自由下滑即可d.放開拖著紙帶的小車,能夠勻速下滑即可(3)在正確操作的情況下,打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的,為了測量小車獲得的速度,應(yīng)選用紙帶的 gj部分進(jìn)行測量(根據(jù)如圖所示的紙帶回答)。 解析 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源。(2)平衡摩擦力時(shí),應(yīng)將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,放開拖著紙帶的小車,小車能夠勻速下滑即可,d正確。(3)從紙帶上看,紙帶的gj段打點(diǎn)比較均勻,所以應(yīng)選用紙帶的gj段進(jìn)行測量。思維點(diǎn)撥 (1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器需要使用交流電源。(2)

5、小車在水平面運(yùn)動(dòng)時(shí),由于受到摩擦阻力導(dǎo)致小車速度在變化,所以適當(dāng)傾斜以平衡摩擦力。(3)要測量最大速度,應(yīng)該選用點(diǎn)跡間隔均勻的部分。素養(yǎng)微點(diǎn)(1)實(shí)驗(yàn)中要通過傾斜木板平衡摩擦力,這與“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中平衡摩擦力的原因是一樣的。(2)計(jì)算小車的速度時(shí),應(yīng)選紙帶上間隔均勻的部分進(jìn)行測量。(3)不直接算w和v的具體數(shù)值,而看第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中的w和v分別是第1次的多少倍,這樣可簡化數(shù)據(jù)的測量和處理。考點(diǎn)二考點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)拓展創(chuàng)新本實(shí)驗(yàn)易與其他力學(xué)知識綜合考查,出題方式靈活,往往在教材實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新情境。實(shí)驗(yàn)的器材和數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)方案都有可能進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。1.實(shí)驗(yàn)器材及裝

6、置的改進(jìn)2.數(shù)據(jù)測量的改進(jìn)由光電門測速度v= ,或速度傳感器直接顯示速度大小 用紙帶測速度。3.實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)利用光電門和氣墊導(dǎo)軌探究功和動(dòng)能的關(guān)系。【典例2】 (2020重慶一中月考)某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲實(shí)驗(yàn)裝置探究合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系。鐵架臺(tái)豎直固定放置在水平桌面上,將長木板傾斜放置,一端固定在水平桌面邊緣p處,另一位置放置在鐵架臺(tái)的鐵桿上,忽略鐵桿粗細(xì),木板與鐵桿接觸處記為q,p處放置一光電門。甲 實(shí)驗(yàn)步驟如下:.用游標(biāo)卡尺測出滑塊的擋光片寬度l,用天平測出滑塊的質(zhì)量m;.平衡摩擦力:以木板放置在水平桌面上的p處為軸,調(diào)節(jié)長木板在鐵架臺(tái)上的放置位置,使滑塊恰好沿木板向下做勻速運(yùn)動(dòng)。在鐵架

7、臺(tái)豎直桿上記下此位置q1,用刻度尺測出q1到水平面的高度h;.保持p位置不變,長木板一端放置在鐵架臺(tái)豎直桿q2處,用刻度尺量出q1q2的距離h1。將滑塊從木板上的q2位置由靜止釋放,由光電門計(jì)時(shí)器讀出滑塊的擋光時(shí)間t1;.保持p位置不變,重新調(diào)節(jié)長木板一端在鐵架臺(tái)上的放置位置,重復(fù)步驟數(shù)次。(1)滑塊沿長木板由q2運(yùn)動(dòng)到p的過程中,用測量的物理量回答下列問題(已知重力加速度為g):滑塊動(dòng)能的變化量ek= ; 滑塊克服摩擦力做的功wf= mgh; 合力對滑塊做的功w合= mgh1。 (2)某學(xué)生以長木板在鐵架臺(tái)豎直桿上的放置位置到q1的距離h為橫坐標(biāo),以滑塊通過光電門的擋光時(shí)間的平方倒數(shù) 為縱坐

8、標(biāo),根據(jù)測量數(shù)據(jù)在坐標(biāo)中描點(diǎn)畫出如圖乙所示直線,若圖線過原點(diǎn),且圖線斜率k= ,則能證明合外力做的功等于物體動(dòng)能增量。 乙 思維點(diǎn)撥 本題屬于器材及實(shí)驗(yàn)方案和數(shù)據(jù)處理的創(chuàng)新。 【典例3】 (2020山東青島模擬)某研究小組利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)能定理,實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖甲所示。甲首先用天平測量滑塊和遮光條的總質(zhì)量m、重物的質(zhì)量m;用游標(biāo)卡尺測量遮光條的寬度d;然后調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平,調(diào)整輕滑輪使細(xì)線水平;實(shí)驗(yàn)時(shí)每次滑塊都從同一位置a處由靜止釋放,用x表示滑塊從位置a到光電門的距離,用t表示遮光條經(jīng)過光電門所用的時(shí)間?；卮鹣铝袉栴}:(2)實(shí)驗(yàn)前調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平的目的是 確保只有重物的重力對系統(tǒng)做功 ;

9、(3)以滑塊(包含遮光條)和重物組成的系統(tǒng)為研究對象,在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi),若滿足關(guān)系式 (用實(shí)驗(yàn)測得物理量的字母表示),則可認(rèn)為驗(yàn)證了動(dòng)能定理。 (1)測量d時(shí),游標(biāo)卡尺(主尺的最小分度為1 mm)的示數(shù)如圖乙所示,讀數(shù)為 0.970 cm; 乙 解析 (1)游標(biāo)卡尺的主尺讀數(shù)為0.9 cm,游標(biāo)讀數(shù)為0.0514 mm=0.70 mm,則d=0.970 cm;(2)實(shí)驗(yàn)前調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平的目的是確保只有重物的重力對系統(tǒng)做功;對應(yīng)演練對應(yīng)演練 遷移應(yīng)用遷移應(yīng)用1.某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系,小車在橡皮筋的作用下彈出后,沿木板滑行,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 hz。甲

10、 乙 (1)實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜,這樣做 c(填選項(xiàng)前的字母)。 a.是為了釋放小車后,小車能勻加速下滑b.是為了增大橡皮筋對小車的彈力c.是為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功d.是為了使橡皮筋松弛后小車做勻加速運(yùn)動(dòng)(2)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)得到如圖所示的紙帶,關(guān)于小車速度的測量,正確的操作應(yīng)該是測量 bc(選填“bc”或“ab”)兩點(diǎn)間距計(jì)算小車的速度。 (3)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的w-v圖像如圖乙所示,根據(jù)圖線形狀可知,對w與v的關(guān)系作出的以下猜想肯定不正確的是 b(填選項(xiàng)前的字母)。 2.(2020廣西南寧月考)如圖所示,用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車,使它在長木板上運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)

11、時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況,利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)。(1)實(shí)驗(yàn)中,先平衡摩擦力和其他阻力,然后接通電源,釋放小車,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn),將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為o。在紙帶上依次取a、b、c若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為t。測得a、b、c各點(diǎn)到o點(diǎn)的距離為x1、x2、x3,如圖所示。實(shí)驗(yàn)中,重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量,可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg,從o點(diǎn)到b點(diǎn)的過程中,拉力對小車做的功w= mgx2,b點(diǎn)時(shí)小車的速度為(2)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件,則從理論上分析,圖中正確反映v2-w關(guān)系的是 a。 3.如圖甲所示是探究“恒力做功與物體動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)裝置,主要實(shí)驗(yàn)步驟如下:甲 用天平測出滑塊(含滑輪)質(zhì)量m=240 g,并安裝好實(shí)驗(yàn)裝置;適當(dāng)墊高長木板不帶滑輪的一端,滑塊不掛輕繩,掛上紙帶,輕推滑塊使滑塊沿長木板勻速運(yùn)動(dòng);輕繩通過軌道末端的滑輪和滑塊上的滑輪,一端掛在力傳感器上,另一端掛質(zhì)量為m=100 g的鉤碼,兩輕繩與木板平行;接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放滑塊,打出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶,如圖乙所示,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間時(shí)間間隔為0.1 s,并記錄力傳感器示數(shù)f=0.39 n。乙 回答下列問題:(1)滑塊從b運(yùn)動(dòng)到d的過程中,合力對滑塊所做的功w= 0.14 j,滑塊動(dòng)能