高考物理一輪復習-實驗五-探究動能定理

實驗五探究動能定理一、實驗目的1．探究外力對物體做功與物體速度變化的關系。2．通過實驗數(shù)據(jù)分析，總結出做功與物體速度平方的正比關系。二、實驗原理與要求[規(guī)律方法總結]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)應使托盤和砝碼的總質量遠小于小車質量。(3)小車質量應大一些，使紙帶上打的點多一些。命題點一教材原型實驗實驗原理與操作[典例1]

某實驗小組用如圖1所示的實驗裝置和實驗器材做“探究做功與物體速度變化的關系”實驗。在實驗中，該小組同學把沙和沙桶的總重力當作小車受到的合外力。圖1(1)為了保證實驗結果的誤差盡量小，在實驗操作中，下面的做法必要的是________(填選項前的字母)。A．實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作B．實驗操作時要先釋放小車，后接通電源C．在利用紙帶進行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個研究點離得越近越好D．在實驗過程中要保證沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量(2)除實驗裝置中的儀器外，還需要的測量儀器有________________。AD刻度尺、天平(3)圖2為實驗中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點來探究功與速度變化的關系。已知打點計時器的打點周期為T，重力加速度為g。圖中已經(jīng)標明了要測量的物理量，另外，小車的質量為M，沙和沙桶的總質量為m，請你把要探究的結果用題中給出的字母表達出來：__________________________________________________________。圖2

[解析]

(1)實驗前要對裝置進行平衡摩擦力的操作，以保證小車所受合外力恰好是細線的拉力，故A正確；實驗操作時，若先放開小車，再接通打點計時器的電源，由于小車運動較快，可能打出來的點很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故B錯誤；在利用紙帶進行數(shù)據(jù)處理時，所選的兩個研究點離得越近則測量誤差越大，故C錯誤；在實驗過程中要保證沙和沙桶的總質量遠小于小車的質量，這樣才能使得沙和沙桶的總重力近似等于細線對小車的拉力，故D正確。

(2)本題的實驗原理是驗證沙桶和沙的總重力做的功等于小車動能的增加量，所以要測沙和沙桶的總質量、小車的質量，還要測紙帶上各點的距離來求速度，所以還需要的器材有天平和刻度尺。數(shù)據(jù)處理與分析[典例2]

某興趣小組用如圖1所示的裝置驗證動能定理。圖1(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供實驗選用：A．電磁打點計時器B．電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇________(選填“A”或“B”)。(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔。實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動。同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除。同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動。看法正確的同學是________(選填“甲”或“乙”)。B乙(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼，接通打點計時器電源，松開小車，小車運動，紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖2所示，紙帶上A點的速度vA＝________m/s。圖20.31

遠大于

實驗器材創(chuàng)新[典例3]

某高三物理實驗小組利用氣墊導軌進行“驗證動能定理”實驗。實驗裝置如圖甲所示，氣墊導軌的兩個底腳間距為L，右側底腳距桌面的高度為h，兩光電門A、B中心的距離為s，重力加速度為g。命題點二實驗創(chuàng)新設計(1)用螺旋測微器測滑塊上遮光條的寬度d，其示數(shù)如圖乙所示，則d＝________mm。(2)釋放滑塊，測定遮光條分別經(jīng)過光電門A、B的時間tA、tB，當各已知量和測定量之間滿足表達式__________________________時，即說明滑塊在光電門A、B間的運動過程滿足動能定理。(3)若需要多次重復實驗來驗證，則每次實驗中________________(選填“需要”或“不需要”)將滑塊從同一位置釋放。6.800

不需要(3)由于本實驗中每次都可以計算出經(jīng)過光電門的速度，則不需要滿足每次經(jīng)過光電門的速度相同，故不需要每次實驗中將滑塊從同一位置釋放。創(chuàng)新評價本題的創(chuàng)新點體現(xiàn)在兩處：(1)速度測量創(chuàng)新：利用光電門和遮光片的寬度確定小車經(jīng)過A、B兩點的速度，替代利用紙帶計算速度。(2)做功方式創(chuàng)新：滑塊重力做功替代橡皮筋做功。

實驗目的創(chuàng)新[典例4]

某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究，實驗裝置如圖(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點計時器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能。(a)(1)實驗中涉及下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是____________(填入代表步驟的序號)。④①③②(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實際打點結果。打點計時器所用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為________m/s。比較兩紙帶可知，________(選填“M”或“L”)紙帶對應的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大。(b)1.29M創(chuàng)新評價本題的創(chuàng)新點體現(xiàn)在兩處：(1)本實驗是把探究功和動能變化關系的實驗拓展為輕彈簧的彈性勢能與動能變化關系。(2)將橡皮筋改為彈簧。

實驗情景創(chuàng)新[典例5]

某同學利用如圖甲所示的裝置探究動能定理。固定并調整斜槽，使它的末端O點的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復寫紙。將小球從不同的標記點由靜止釋放，記錄小球到達斜槽底端時下落的高度H，并根據(jù)落點位置測量出小球平拋的水平位移x。甲乙改變小球在斜槽上的釋放位置，進行多次測量，記錄數(shù)據(jù)如下：

高度H(h為單位長度)h2h3h4h5h6h7h8h9h水平位移x(cm)5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動摩擦因數(shù)為μ，斜槽底端離地面的高度為y，不計小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滾下的過程中，動能定理若成立應滿足的關系式是________________________。(2)以H為橫坐標，以_______為縱坐標，在坐標紙上描點作圖，如圖乙所示。(3)由第(1)(2)問，可以得出結論________________________________________________________________________________________________________________________________。x2

在實驗誤差允許的范圍內，小球運動到斜槽底端的過程中，合外力對小球所做的功等于小球動能的增量

(2)根據(jù)以上分析可知，以H為橫坐標，以x2為縱坐標，在坐標紙上描點作圖，如題圖乙所示。(3)由第(1)(2)問，結合圖像可得：在實驗誤差允許的范圍內