2019年度高考物理一轮复习第五章机械能实验五探究动能定理学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验五 探究动能定理 1.实验目的 探究功与物体速度变化的关系 . 2.实验原理 (如图 1 所示 ) 图 1 (1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离 s 做功为 W. (2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离 s 做功应为 2W. (3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离 s 做功应为 3W. (4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系 . 3.实验器材 橡皮筋 、小车、木板、 打点计时器 、纸带、铁钉、刻度尺等 . 4.实验步骤 (1)垫高木板的一端，平衡 摩擦力 . (2)拉伸的橡 皮筋对小车做功： 用一条橡皮筋拉小车 做

2、功 W. 用两条橡皮筋拉小车 做功 2W. 用三条橡皮筋拉小车 做功 3W. (3)测出每次做功后小车获得的 速度 . (4)分别用各次实验测得的 v 和 W 绘制 W v 或 W v2、 W v3、 ? 图象，直到明确得出 W 和v 的关系 . 5.实验结论 【 精品教育资源文库 】 物体速度 v 与外力做功 W 间的关系 W 12mv2. 1.实验注意事项 (1)将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与 摩擦阻力 平衡 .方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做 匀速 运动，找 到长木板的一个合适的倾角 . (2)测小车速度时，应选纸带上的点迹均匀的部分，

3、也就是选小车做 匀速 运动的部分 . (3)橡皮筋应选规格一样的 .力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值 . (4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些 . 2.实验探究的技巧与方法 (1)不直接计算 W 和 v 的数值，而只是看第 2 次、第 3 次 ? 实验中的 W 和 v 是第 1 次的多少倍，简化数据的测量和处理 . (2)作 W v 图象，或 W v2、 W v3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线 . 命题点一 教材原型实验 例 1 如 图 2 所示是某研究性学习小组做探究 “ 橡皮筋做功和物体速度变化的关系 ” 的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出

4、，沿木板滑行的情形 .这时，橡皮筋对小车做的功记为 W.当我们把 2 条、 3 条 ? 完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次 ? 实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放 .小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打出的纸带测出 . 图 2 (1)除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有； 【 精品教育资源文库 】 (2)平衡摩擦力后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的部分进行测量； (3)下面是本 实验的数据记录表，请将第 2 次、第 3 次 ? 实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置； 橡皮筋 做的功 10 个间 距的距 离 x(m)

5、10 个间 距的时 间 T(s) 小车获 得的速 度 vn 小车速 度的平 方 vn2 第 1 次 W 0.200 0.2 第 2 次 0.280 0.2 第 3 次 0.300 0.2 第 4 次 0.400 0.2 第 5 次 0.450 0.2 (4)从理论上讲，橡皮筋做的功 Wn和物体速度 vn变化的关系应是 Wn ，请你根据表中测定的数据在如图 3 所示的坐标系中作出相 应的图象验证理论的正确性 . 图 3 答案 (1)刻度尺 (2)点距均匀 (3)2W 3W 4W 5W (4)vn2 见解析图 解析 (1)计算小车速度需要测量纸带上的点间的距离，要用刻度尺 . (2)小车匀速运动时

6、，纸带上的点的间隔均匀 . (3)橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加 W. (4)纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑曲线连线作出 vn2 Wn图象，如图所示 . 变式 1 某学习小组做探究 “ 合力的功和物体速度变化的关系 ” 的实验，图 4 中小车是在 1【 精品教育资源文库 】 条橡皮筋作 用下弹出，沿木板滑行，这时橡皮筋对小车做的功记为 W.当用 2 条、 3 条 ? 完全相同的橡皮筋并在一起进行第 2 次、第 3 次 ? 实验时，使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致 .每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出 . 图 4 (1

7、)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、 (填测量工具 )和 (选填 “ 交流 ” 或 “ 直流 ”) 电源 . (2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡掉摩擦阻力，则下面操作正确的是 ( ) A.放开小车，能够自由下滑即可 B.放开小车，能够匀速下滑即可 C.放开拖着纸带 的小车，能够自由下滑即可 D.放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可 (3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是 ( ) A.橡皮筋处于原长状态 B.橡皮筋仍处于伸长状态 C.小车在两个铁钉的连线处 D.小车已过两个

8、铁钉的连线 (4)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用图 5 中纸带的部分进行测量 . 图 5 答案 (1)刻度尺 交流 (2)D (3)B (4)GK 解析 (1)为测量小车获得 的速度，必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离；打点计时器必须使用交流电源 . (2)平衡摩擦力时，也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力 .根据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力 . (3)若木板水平放置，则未平衡摩擦力 .小车速度最大时，也就是加速度为零的时刻，即橡皮【 精品教育资源文库 】 筋对小车的拉力等于小车受到的摩擦力的时刻，此时橡皮筋处于伸长状态

9、，小车还未到两个铁钉的连线处， B 正确 . (4)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量，此时小车的速度最大，即 GK 部分 . 命题点二 实验装置的创新 1.装置时代化 【 精品教育资源文库 】 2.求解智能化 (1)摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力 自由下落阻力减少 气垫导轨减少摩擦力 . (2)速度的测量方法：匀速运动速度 测量纸带上各点速度 光电门 v d t 速度传感器直接显示速度大小 . 创新点 1 实验装置的创新 利用重物牵引小车 例 2 (2017 北京理综 21) 如图 6 所示，用质量为 m 的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上

10、记录小车的运动情况 .利用该装置可以完成 “ 探究动能定理 ” 的实验 . 图 6 (1)打点计时器使用的电源是 (选填选项前的字母 ). A.直流电源 B.交流电源 (2)实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是 (选填选项前的字母 ). A.把长木板右端垫高 B.改变小车的质量 在不挂重物且 (选填选项前的字母 )的情况下，轻推一下小车 .若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响 . A.计时器不打点 B.计时器打点 (3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为 O.在纸带上依次取 A、 B、 C? 若干个计数点，已知相邻计数

11、 点间的时间间隔为 T，测得 A、 B、C? 各点到 O 点的距离为 x1、 x2、 x3? 如图 7 所示 . 【 精品教育资源文库 】 图 7 实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为 mg，从打 O 点到打 B 点的过程中，拉力对小车做的功 W，打 B 点时小车的速度 v . (4)以 v2为纵坐标， W 为横坐标，利用实验数据做出如图 8 所示的 v2 W 图象 .由此图象可得v2随 W 变化的表达式为 .根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v2这个因子，分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是 . 图 8 (5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的

12、影 响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图中正确反映 v2 W 关系的是 . 答案 (1)B (2)A B (3)mgx2 x3 x12T (4)v2 4.7W 质量 (5)A 解析 (1)打点计时器使用交流电源 . (2)平衡摩擦力的方法为将木板一端垫高，使得重力沿木板方向的分力与摩擦力和其他阻力平衡，使小车做匀速直线运动；判断小车做匀速直线运动是根据纸带上相邻点间的距离相等判定，故需计时器打点 . (3)拉力大小为 mg， O 到 B 位移为 x2，根据功的公式得 W mgx2.由于小 车做匀加速直线运动，【 精品教育资源文库 】 B 点为 AC 的时间中点， AC

13、 段的平均速度等于 B 点的瞬时速度，即 v x3 x12T . (4)因 v2W 图象为直线，则设 v2 kW b，从图中读出 b 0.005，在图中直线上任取两个相距较远的点，可得： k4.7 ，在作图误差允许的范围内表达式可写成 v2 4.7W.由等式两端的物理量单位可知，左侧单位 m2s 2，右侧 W 单位为 J.所以 k 的单位为 m2s 2J m2s 2kgm 2s 2 1kg，所以与斜率有关的物理 量是质量 . (5)设小车质量为 M，以重物与小车整体为研究对象，则 a mgm M，设小车滑行 x 时速度为 v，则 v2 0 2ax.可得 v2 2m M mgx.实验中认为 W

14、mgx，所以 v2 2m M W， m 与 M 为定值，故 A 正确 . 创新点 2 实验装置的创新 利用光电门和气垫导轨 例 3 (2017 云南昆明模拟 )利用气垫导轨探究动能定理，实验装置如图 9 所示 .实验步骤如下 ： 图 9 调整水平桌面上的气垫导轨至水平； 测量挡光条的宽度 l，两光电门间的 中心间距 s，用天平称出滑块和挡光条的总质量 M，托盘和砝码的总质量 m； 将滑块移至光电门 1 左侧某位置，由静止释放滑块，从计时器中分别读出挡光条通过两光电门的时间 t1、 t2. 用测量的物理量求解下列物理量： (1)滑块通过光电门 1 和 2 时瞬时速度分别为 v1， v2 . (2)滑块通过光电门 1 和 2 时，系统 (包括滑块、挡光条、托盘和砝码 )的总动能分别为 Ek1， Ek2 .外力对系统做的功为 W . (3)实验中，验证动能定理是否成立的关系式为 . 答案 (1) l t1l t2(2)12(M m)( l t1)2 12(M m)( l t2)2 mgs 【 精品教育资源文库 】 (3)mgs 12(M m)( l t2)2 ( l t1)2 解析 (1)由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度， v1 l