(江蘇專用)2019屆高三物理一輪復(fù)習(xí)-必考部分-第5章-機(jī)械能及其守恒定律-實(shí)驗(yàn)4-探究動能定理教師用書

(江蘇專用)2019屆高三物理一輪復(fù)習(xí)-必考部分-第5章-機(jī)械能及其守恒定律-實(shí)驗(yàn)4-探究動能定理教師用書LtD（江蘇專用）2019屆高三物理一輪復(fù)習(xí)必考部分第5章機(jī)械能及其守恒定律實(shí)驗(yàn)4探究動能定理教師用書●實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．探究外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系．2．通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系．●實(shí)驗(yàn)原理1．不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對小車做功W、2W、3W…2．由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測出，也可以用其他方法測出．這樣，進(jìn)行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)．3．以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，作出W-v曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系．3.數(shù)據(jù)處理：在圖實(shí)-4-2的坐標(biāo)紙上畫出W-v或W-v2圖線(“W”以一條橡皮筋做的功為單位)．圖實(shí)-4-24．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從圖象分析外力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系為W∝v2.●誤差分析類型產(chǎn)生原因減小方法偶然誤差小車速度的測量誤差多次測量s，求平均值摩擦力做功平衡摩擦力適當(dāng)系統(tǒng)誤差橡皮筋的長度、粗細(xì)不一選規(guī)格相同的橡皮筋●注意事項(xiàng)1．平衡摩擦力：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：使小車連著紙帶并接通電源，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，找到長木板的一個(gè)合適的傾角．2．選點(diǎn)測速：測小車的速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速運(yùn)動時(shí)的部分．3．橡皮筋的選擇：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．先后順序：開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且要先接通電源再釋放小車．5．小車的選擇：小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些．●實(shí)驗(yàn)改進(jìn)1．本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動速度可以使用速度傳感器直接采集，比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較?。?．可以把長木板換成氣墊導(dǎo)軌，省略平衡摩擦力的操作步驟，達(dá)到簡化實(shí)驗(yàn)過程的目的.●考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作(2014·天津高考)某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運(yùn)動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關(guān)系．此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等．組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)-4-3所示．圖實(shí)-4-3(1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有哪些________________________________________.(2)實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨募?xì)繩與木板平行．他這樣做的目的是下列的哪個(gè)________．(填字母代號)A．避免小車在運(yùn)動過程中發(fā)生抖動B．可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰C．可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動D．可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力(3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車運(yùn)動過快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車速度．在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決辦法：_____________________________________________.(4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些．這一情況可能是下列哪些原因造成的________．(填字母代號)A．在接通電源的同時(shí)釋放了小車B．小車釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近C．阻力未完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D．鉤碼做勻加速運(yùn)動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力【規(guī)范解答】(1)本實(shí)驗(yàn)需要知道小車的動能，因此還需要用天平測出小車的質(zhì)量，用刻度尺測量紙帶上點(diǎn)跡之間的長度，求出小車的瞬時(shí)速度．(2)牽引小車的細(xì)繩與木板平行的目的是在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力，選項(xiàng)D正確．(3)在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下要減小小車加速度可以增加小車的質(zhì)量，故可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)．(4)當(dāng)小車在運(yùn)動過程中存在阻力時(shí)，拉力做的正功和阻力做的負(fù)功之和等于小車動能增量，故拉力做的功總是要比小車動能增量大一些；當(dāng)鉤碼加速運(yùn)動時(shí)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力，此同學(xué)將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，則拉力做的功要比小車動能增量大，故只有C、D正確．【答案】(1)刻度尺、天平(包括砝碼)(2)D(3)可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)(4)CD●考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析(2017·南通模擬)某同學(xué)為探究“合力做功與物體動能改變的關(guān)系”設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，他的操作步驟：(1)按圖實(shí)-4-4連接實(shí)驗(yàn)裝置，其中小車質(zhì)量M＝0.20kg，鉤碼總質(zhì)量m＝0.05kg.圖實(shí)-4-4(2)釋放小車，然后接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(電源頻率為f＝50Hz)，打出一條紙帶．(3)他在多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖實(shí)-4-5所示．把打下的第一點(diǎn)記作0，然后依次取若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)未畫出，用厘米刻度尺測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)距離分別為d1＝0.041m，d2＝0.055m，d3＝0.167m，d4＝0.256m，d5＝0.360m，d6＝0.480m…，他把鉤碼重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭＝10m/s2)作為小車所受合力，算出打下0點(diǎn)到打下第5點(diǎn)合力做功W＝________J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)，用正確的公式Ek＝________________(用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式)把打下第5點(diǎn)時(shí)小車的動能作為小車動能的改變量，算得Ek＝0.125J.圖實(shí)-4-5(4)此次實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，他沒能得到“合力對物體做的功等于物體動能的增量”，且誤差很大．通過反思，他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的是________．A．鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大太多B．沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值比真實(shí)值偏大太多C．釋放小車和接通電源的次序有誤，使得動能增量的測量值比真實(shí)值偏小D．沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因【規(guī)范解答】(3)若用鉤碼的重力作為小車受的合力，則F合＝mg＝0.5N，從0點(diǎn)到打第5點(diǎn)時(shí)水平位移s＝d5＝0.360m，所以W＝F合s＝0.5×0.360J＝0.180J.打第5點(diǎn)時(shí)小車動能Ek＝eq\f(1,2)Mveq\o\al(2,5)，v5＝eq\f(d6－d4,2Δt)，式中Δt為5個(gè)時(shí)間間隔，即Δt＝eq\f(5,f)，故Ek＝eq\f(Mf2,200)(d6－d4)2.(4)從該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作情況來看，造成很大誤差的主要原因是把鉤碼的重力當(dāng)成了小車的合力，實(shí)驗(yàn)前沒有平衡摩擦力，故選項(xiàng)A、B正確．釋放小車和接通電源的次序有誤時(shí)，對拉力做的功測量有影響，而對動能增量的測量無影響；D選項(xiàng)中提到的問題不會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成重大影響，故不選C、D.【答案】(3)0.180eq\f(Mf2,200)(d6－d4)2(4)AB●考向3實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)(2014·廣東高考)某同學(xué)根據(jù)機(jī)械能守恒定律，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究彈簧的彈性勢能與壓縮量的關(guān)系．丙圖實(shí)-4-6(1)如圖實(shí)-5-6甲，將輕質(zhì)彈簧下端固定于鐵架臺，在上端的托盤中依次增加砝碼，測量相應(yīng)的彈簧長度，部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表，由數(shù)據(jù)算得勁度系數(shù)k＝________N/m.(g取9.80m/s2)砝碼質(zhì)量/g50100150彈簧長度/cm8.627.636.66(2)取下彈簧，將其一端固定于氣墊導(dǎo)軌左側(cè)，如圖實(shí)乙所示；調(diào)整導(dǎo)軌，使滑塊自由滑動時(shí)，通過兩個(gè)光電門的速度大小________．(3)用滑塊壓縮彈簧，記錄彈簧的壓縮量x；釋放滑塊，記錄滑塊脫離彈簧后的速度v.釋放滑塊過程中，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為________．(4)重復(fù)(3)中的操作，得到v與x的關(guān)系如圖實(shí)丙，由圖可知，v與x成________關(guān)系．由上述實(shí)驗(yàn)可得結(jié)論：對同一根彈簧，彈性勢能與彈簧的________成正比．【規(guī)范解答】(1)根據(jù)胡克定律得：F1＝k(L0－L1)F2＝k(L0－L2)，有ΔF＝F2－F1＝k(L1－L2)則k＝eq\f(F2－F1,L1－L2)＝eq\f(0.98－0.49,0.0862－0.0763)N/m＝eq\f(0.49,0.0099)N/m＝49.5N/m，同理可得k′＝eq\f(F3－F2,L2－L3)＝eq\f(1.47－0.98,0.0763－0.0666)N/m＝eq\f(0.49,0.0097)N/m＝50.5N/m，則勁度系數(shù)為k＝eq\f(k＋k′,2)＝50.0N/m.(2)滑塊自由滑動時(shí)，滑塊通過兩個(gè)光電門的速度大小相等，說