1、第5讲实验：探究动能定理,知识梳理?实验装置橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等。,实验步骤用一条橡皮筋拉小车做功W0;用两条橡皮筋拉小车做功2W0;用三条橡皮筋拉小车做功3W0;测出每次小车获得的速度;,分别用各次实验的v和W绘出v-W,v2-W,v3-W,?-W关系图;找出v与W间的关系W=?mv2。,1.(多选)在“探究动能定理”的实验中,某同学是用下面的方法和器材进行实验的:放在长木板上的小车,由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动,小车拉动固定在它上面的纸带,纸带穿过打点计时器。关于这一实验,下列说法中正确的是?( )A.长木板要适当倾斜,以平衡小车运动中受到的阻
2、力B.重复实验时,虽然用到橡皮筋的条数不同,但每次应使橡皮筋拉伸的,长度相同C.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最密集的部分进行计算D.利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最均匀的部分进行计算,ABD,答案ABD在本题的实验中,由于小车在运动中受到阻力(摩擦力和纸带的阻力),所以要使长木板适当倾斜,以平衡小车运动过程中受到的阻力。重复实验时,为了使橡皮筋对小车所做的功与它的条数成正比,所以用到橡皮筋的条数虽然不同,但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同。利用纸带上的点计算小车的速度时,由于要计算的是小车不受橡皮筋的弹力后匀速运动的速度,所以应选用纸带上打点最均匀的部分进行计
3、算,故A、B、D选项是正确的。,2.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图,他们将拉力传感器固定在小车上,用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连,用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平桌面上相距50.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器,记录小车通过A、B时的速度大小。小车中可以放置砝码。,(1)实验主要步骤如下:测量小车和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路。将小车停在C点,由静止释放小车,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。在小车中增加砝码,或减少钩码数,重复的操作。(
4、2)下表是他们测得的一组数据,其中M是M1与小车中砝码质量之和,|?-?|是两个速度传感器记录速度的平方差,可以据此计算出动能变化量E,F是拉力传感器受到的拉力,W是F在A、B间所做的功。表格中的E3=0.600,W3=0.610。(结果保留三位有效数字),(3)根据图表,请在图中的方格纸上作出E-W图线。,答案(1)小车由静止释放小车减少钩码数(2)0.6000.610(3)如图所示,解析(1)略。(2)由表中数据得E3=?M|?-?|=0.600 JW3=FL=0.610 J(3)略。,深化拓展,考点探究动能定理应注意的事项,深化拓展考点探究动能定理应注意的事项1.平衡摩擦力:将木板一端垫
5、高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。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匀速运动,从而找到木板合适的倾角。,2.选点测速:测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的,对应小车处于匀速运动状态。,3.规格相同: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。,1-1(2017北京理综,21,18分)如图1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1(1)打点计时器使用的电源是B(选填选项前的字母)。,A.直流电源B.交流电源(
6、2)实验中,需要平衡摩擦力和其他阻力,正确操作方法是A(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B(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2所示。?图2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=m
7、gx2,打B点时小车的速度v=。,(4)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作出如图3所示的v2-W图像。由此图像可得v2随W变化的表达式为 v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1 。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质量。,图3(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,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4中正确反映v2-W关系的是A。?图4,答案(1)B(2)AB(3)mgx2?(4)v2=kW,k=(4.55.0)m2s-2J-1质量(5)A,解析本题考查“探究动能定理”实验。(
8、1)打点计时器使用的是交流电源。(2)把长木板右端垫高,利用小车的重力沿斜面的分力平衡摩擦力和其他阻力;在不挂重物且计时器打点的情况下,小车沿斜面能匀速运动,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响。(3)W=Fs=mgx2,vB=?=?。(4)由图知,图线为一条纵截距为零、斜率k=(4.55.0)m2s-2J-1的直线,其函数表达式为v2=kW。根据动能定理W=?mv2得v2=?W,故斜率k=?,与质量有关。(5)根据功能关系有W=?(M+m)v2,所以v2=?W,v2W,图A正确。,1-2探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系,实验装置如图甲所示。实验过程中有平衡摩擦力的步骤,并且
9、设法让橡皮筋对小车做的功以整数倍增大,即分别为W0、2W0、3W0、4W0?甲实验中首先通过调整木板倾斜程度平衡摩擦力,目的是C(填写字母代号)。,A.为了释放小车后小车能做匀加速运动B.为了增大橡皮筋对小车的弹力C.为了使橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功D.为了使小车获得较大的动能图乙是在正确操作情况下打出的一条纸带,从中截取了测量小车最大速度所用的一部分,已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s,则小车获得的最大速度vm=1.22m/s(保留3位有效数字)。?乙几名同学在实验中分别得到了若干组橡皮筋对小车做的功W与小车,获得的最大速度vm的数据,并利用数据绘出了图丙给出的四个图像,你认为其中正确的是D。?丙,答案C1.22D,解析实验目的是探究合外力做功与物体速度的关系,平衡摩擦力后,橡皮筋对小车做的功等于合外力对小车做的功。橡皮筋对小车做功,小车做加速度变化的加速运动,当匀速时,速度最大,vm=? m/s=1.22 m/s。由W=?m?知W?,D正确。,
