2014高考物理大一輪復(fù)習(xí)講義第五章實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理(精)

1、實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理考綱解讀1.通過實(shí)驗(yàn)探究力對物體做的功與物體速度變化的關(guān)系2體會(huì)探究過程和所使用的方法.基本實(shí)驗(yàn)要求1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄抗εc物體速度變化的關(guān)系.2實(shí)驗(yàn)原理(1)一根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離(2)兩根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離(3)三根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離禾U用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，即可求出3.實(shí)驗(yàn)器材橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵釘?shù)?4.實(shí)驗(yàn)步驟(1)用一條橡皮筋拉小車一做功W(2)用兩條橡皮筋拉小車一做功2WV(3)用三條橡皮筋拉小車做功3WV(4)測出每次小車獲得的速度.分別用各次實(shí)驗(yàn)測得的v和W繪出W- v、W- v2,W- v

2、3、W- .v關(guān)系圖.基礎(chǔ)回放要點(diǎn)整合政砌實(shí)臉雇本婺求專掘鞍摒址理技肝和方法s做功為Ws做功應(yīng)為2Ws做功應(yīng)為3WWvW關(guān)系.5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論1找出v與W間的關(guān)系W2mV.規(guī)律方法總結(jié)1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(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(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到長木板的一個(gè) 合適的傾角.(2)測小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分.(3)橡皮筋應(yīng)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(jì)算出具體數(shù)值.(4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些.2實(shí)驗(yàn)探究的技巧與

3、方法(1)不直接計(jì)算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的 多少倍，簡化數(shù)據(jù)的測量和處理.(2)用W v1 2圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這比W v圖象更加直觀、明了.1設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W2W3W；2分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求出小車的速度V1、V2、V3、；作出Wv草圖；課堂探究-考點(diǎn)突破先瞰命聽 共同探究民律方法考點(diǎn)一對實(shí)驗(yàn)原理及誤差分析的考查例1探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)主要過程如下：B.小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒梢允鼓景暹m當(dāng)傾斜C.某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏出現(xiàn)這

4、種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小D.根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)， 求小車獲得的速度的方法， 是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn) 的距離來進(jìn)行計(jì)算解析 由于選用同樣的橡皮筋，并且每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度相同，因此每條橡皮 筋對小車做的功都相同，故A正確；小車在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力，采取平衡摩擦力的方法 補(bǔ)償，讓木板固定有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端適當(dāng)抬高，使重力的下滑分力與摩擦力平衡，故B正確；紙帶上的點(diǎn)兩端密、中間疏，說明小車先在橡皮筋拉力作用下加速，后在阻力 作用下減速，故C正確；由于橡皮筋松馳后，小車做勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的速度是橡皮筋對 小車做功后的最大速度，故求速度應(yīng)該用做勻速運(yùn)動(dòng)的那一段紙帶的數(shù)據(jù)，而

5、不應(yīng)該用從第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的數(shù)據(jù)來計(jì)算，故D錯(cuò)誤.答案D考點(diǎn)二對實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的考查例2為了探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖2所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后， 沿木板滑行，請思考并回答下列問題(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器交流電頻率為50 Hz):(1)為了消除摩擦力的影響應(yīng)采取什么措施?5第4次丁350艮EQ3衛(wèi)良4.0CLL 4,004,如(4)試根據(jù)(2)、(3)中的信息，填寫下表次數(shù)1234橡皮筋對小車做的功W小車速度v(m/s)v(m /s )從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論： _.解析 該題綜合考查了本實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)、數(shù)據(jù)處理及結(jié)論，對考生的能力要求較高.(1)將木板固定有打點(diǎn)

6、計(jì)時(shí)器的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨龋剐≤嚲徛齽蛩傧禄?x由勻速運(yùn)動(dòng)的速度公式v=其中x從圖上讀出分別為2.00 cm 2.83 cm 3.46 cm14.00 cm.t=T=f=0.02 s，即可求出小車的速度次數(shù)1234橡皮筋對小車做功2W3W4W小車速度v(m/s)1.01.4151.732.02 2 2v(m /s )1.02.03.04.0由表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：橡皮筋對小車做的功與小車速度的平方成正比.答案見解析I創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)例3某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖4所示的裝置探究“動(dòng)能定理” 圖中小車內(nèi)可放置砝碼，實(shí)驗(yàn) 中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50 Hz.

7、I I*l I I I F亍I&瞅I爲(wèi)叫1/和込I氣莊峻|/46j圖4(1)實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下：1在小車中放入砝碼， 把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器， 連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼;2將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近， _ ，_ ，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，關(guān)閉電源；3改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)的操作.(2)如圖5是某次實(shí)驗(yàn)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)0及多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B C一 舐帶運(yùn)動(dòng)方向R-D-Eli lpni| if|- |i iiili v i|rilT|i ri| O*IIp i ii|Tin p nipr|i i qni npii p i ii

8、|i Iti |iIIit| mi| ini|1iii| iOcml 23456789 IO 11 12圖5(3)下表是某冋學(xué)在改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量時(shí)得到的數(shù)據(jù)其中 與小車中砝碼質(zhì)量m之和，|V2V1|是紙帶上某兩點(diǎn)的速度的平方差，M是小車質(zhì)量M可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量E;F是鉤碼所受重力的大小，W是以上兩點(diǎn)間F所做的功.次數(shù)Mkg2 2 22|V2V1|/(ms)曰JF/NWJ10.5000.7600.1900.4900.21020.5001.650.4130.9800.43030.5002.400.6001.4700.63041.0002.401.2002.4501.24051.00

9、02.841.4202.9401.470由上表數(shù)據(jù)可以看出，W總是大于E,其主要原因是：鉤碼的重力大于小車實(shí)際受到的拉力造成了誤差，還有 _ .答案(1)先接通電源后釋放小車(2) 8.15(8.128.18皆可)0.54(0.540.55都對)(3)沒有平衡摩擦力創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)的處理方法1.考情分析：縱觀近幾年各地高考試題，創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)試題正成為高考 試題的主流題型，這也正是新課標(biāo)精神在高考中的具體表現(xiàn)創(chuàng)新探究型實(shí) 驗(yàn)的特點(diǎn)是：利用課本實(shí)驗(yàn)的儀器、思想和方法來完成不同于課本的實(shí)驗(yàn)?zāi)?的，如利用牛頓第二定律的裝置來完成探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)，有些試D E、，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)刻

10、度值s，求出對應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度V,則D點(diǎn)對應(yīng)的刻度值為SD=cm.D點(diǎn)對應(yīng)的速度大小為VDm/s.木板滑行，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz.題中可能會(huì)出現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)器材，但這些器材也是在教材上出 現(xiàn)的，例如光電門、氣墊導(dǎo)軌、力傳感器等，無論應(yīng)用什么樣的實(shí)驗(yàn)器材， 實(shí)驗(yàn)的思想和方法都來源于課本實(shí)驗(yàn)，是課本實(shí)驗(yàn)思想和方法的遷移應(yīng)用.2應(yīng)對策略：解決創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)試題的基礎(chǔ)是熟練掌握考試說明要求的 物理實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是基本實(shí)驗(yàn)器材的使用方法和實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)的物理思想，例如 平衡摩擦力的方法、用重力代替拉力的方法、控制變量的方法、累積法測量 微小量的方法、圖象探究物理量關(guān)系的方法、微小量放大測量的方法、平均

11、 值減小誤差的方法等等解決創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)試題的關(guān)鍵是能將學(xué)過的實(shí)驗(yàn) 知識和方法在不同的情境下遷移應(yīng)用，這對考生的綜合分析問題并能運(yùn)用所 學(xué)知識解決問題的能力提出了較高的要求.隨堂訓(xùn)練能力達(dá)標(biāo)程臉譚堂效黒提眇翼題陡力1.關(guān)于“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是（）A.每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值B.每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C.放小車的長木板應(yīng)盡量使其水平D.先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出答案D解析實(shí)驗(yàn)中沒有必要測出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測出后來各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A錯(cuò)誤；為了使以后各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的

12、整數(shù)倍，必須使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長度保持一致，B錯(cuò)誤；為了減小誤差，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使木板傾斜以平衡摩擦力，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源， 然后再釋放小車，D正確.2某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖6甲所示的裝置探究動(dòng)能定理，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿打點(diǎn)計(jì)時(shí)蠱(1)實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜，這樣做 _(填答案前的字母)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.是為了使橡皮筋松馳后小車做勻加速運(yùn)動(dòng)若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的Wv草圖如圖乙所示，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 _ .答案(1)C(2)AB3利

13、用如圖7所示裝置探究動(dòng)能定理，在固定斜面上有一質(zhì)量為1 kg的物塊，后面固定一條穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶先接通電源，待打點(diǎn)穩(wěn)定后，讓物塊從靜止開始沿斜面勻加速下滑，得到一條如圖8所示的紙帶.0點(diǎn)為打出的第一個(gè)點(diǎn)，A B、C D E、F、G是計(jì)數(shù)點(diǎn)，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，各點(diǎn)間距如圖所示,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行下列處理.(打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)頻率為50 Hz,g=10 m/s2)9AHCDFC4-*H 17.65 *卜14,79十2OI4* 2W + 26.79 |(1)通過傳感器測得物塊所受的合外力是3.0 N試完成下表:從O點(diǎn)到各點(diǎn)過程合力所做的功WJ各點(diǎn)的動(dòng)能E7JOB0.883 8B0.8

14、84 5OC1.327 5C1.327 6小車甲圖7ODD1.863 4OE2.485 8E2.486 5OF3.199 8F(2)根據(jù)(1)表中的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是 _ .答案(1)1.861 53.199 2(2)見解析解析在OD段的功為W=FOD=3.0 X (17.65+11.81+14.79+17.80) X 10一2J=1.861 5 J在F處的速度為：巨+豆/.甸+販用I r2VF=2T=2X01m/s=2.529 5 m/s1所以動(dòng)能HF=2mv2=3.199 2 J(2)在誤差允許的范圍內(nèi)，合外力做的功等于物塊動(dòng)能的變化量.4某實(shí)驗(yàn)小組用如圖9所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材做“探究動(dòng)

15、能定理”實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)把砂和砂桶的總重力當(dāng)作小車受到的合外力.(1)為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差盡量小，在實(shí)驗(yàn)操作中，下面做法必要的是_ .A.實(shí)驗(yàn)前要對裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作B.實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要先放小車，后接通電源C.在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，所選的兩個(gè)研究點(diǎn)離得越近越好D.在實(shí)驗(yàn)過程中要保證砂和砂桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量(2)除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外，還需要的測量儀器有 _ .(3)如圖10為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶， 現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點(diǎn)來探究“動(dòng)能定理”. 已 知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T,重力加速度為g.圖中已經(jīng)標(biāo)明了要測量的物理量， 另外， 小車的質(zhì)量為M砂和砂桶的總質(zhì)量為m請你把

16、要探究的結(jié)果用題中給出的字母表達(dá)出來_.圖102 2M X2-X1答案(1)AD(2)刻度尺、天平(3)mgX=32T2解析(2)本題的實(shí)驗(yàn)原理是驗(yàn)證用砂桶做的功等于小車動(dòng)能的增加量，所以要測砂桶和砂、小車的質(zhì)量，還要測紙帶上各點(diǎn)的距離來求速度，所以所需的器材還應(yīng)有天平和刻 度尺.XiX2在A點(diǎn)的速度為vi=4T，在B點(diǎn)：V2=4T11M X22-xi2所以動(dòng)能變化量 Ek= 2Mv2-2Mv2=32T2而砂桶和砂做的功為：W=mgxM X22-xi2要探究動(dòng)能定理的表達(dá)式為：mgx=32T25如圖11所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中是小車在一條橡皮筋

17、作用下彈出，沿木板滑行的情形.這時(shí)，橡皮筋對小車做的功 記為W當(dāng)我們把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)，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所 打點(diǎn)的紙帶測出.(1)除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有 _ ;(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是_(3)每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(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_部分進(jìn)行測量；下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置；、數(shù)據(jù)物理量橡皮筋做的功10個(gè)間距的距離X(m)10個(gè)間距的時(shí)間T(s)小車獲得的速度Vn

18、小車速度的平方Vn21W0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2(5)從理論上講，橡皮筋做的功匕W和物體速度Vn變化的關(guān)系應(yīng)是W伏，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖12所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性.(6)若在實(shí)驗(yàn)中你作出的圖線與理論的推測不完全一致，你處理這種情況的做法是3 4 5(6)分析誤差來源，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或測量手段，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn).答案(1)刻度尺(2)把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力(3)點(diǎn)距均勻(4)2W3W4W5WVn2圖象見解析圖(6)分析誤差來源，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或測量手段，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)解析(1)計(jì)算小車速度需要測量紙帶上的點(diǎn)的距離，要用刻度尺.(2)要讓小車在木板上勻速運(yùn)動(dòng)，因而木板要傾斜以平衡摩擦力. 小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上的點(diǎn)的間隔均勻.4橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加W5縱坐標(biāo)表示速度的平方，橫坐標(biāo)表示功，利用描點(diǎn)法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)，然后用平滑曲線連線作出Vn2-W圖象，如圖所示.(4)分析W-v圖象.如果W-v圖象是一條直線，表明Wcv;