1、实验五探究动能定理实验五探究动能定理一、基本原理与操作一、基本原理与操作原理装置图原理装置图操作要领操作要领(1)平衡：平衡：须平衡摩擦力须平衡摩擦力(2)做功：做功：橡皮筋做的功是变力功，橡皮筋做的功是变力功，不能具体求解，须用倍增法改变不能具体求解，须用倍增法改变功的大小功的大小(3)小车：小车：靠近打点计时器且接通靠近打点计时器且接通电源再释放小车；每次小车须由电源再释放小车；每次小车须由同一位置由静止弹出同一位置由静止弹出二、数据处理二、数据处理1.利用纸带确定小车的末速度利用纸带确定小车的末速度(1)橡皮筋恢复原长时小车已匀速，故应利用纸带上间距相等橡皮筋恢复原长时小车已匀速，故应利
2、用纸带上间距相等的部分计算小车速度。的部分计算小车速度。2.绘图象绘图象分别用各次实验的分别用各次实验的v和和W绘出绘出Wv，Wv2，Wv3等关系图等关系图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线。象，直到作出的图象是一条倾斜的直线。注意事项注意事项(1)选点测速：选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的点。也就是选小车做匀速运动状态的点。(2)橡皮筋的选择：橡皮筋的选择：橡皮筋规格相同。力对小车做的功以一条橡皮筋规格相同。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。橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具
3、体数值。误差分析误差分析(1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。与橡皮筋的条数不成正比。(2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。差。(3)利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。热点一教材原型实验热点一教材原型实验命题角度命题角度实验原理与基本操作实验原理与基本操作【例【例1】某学习小组做探究某学习小组做探究“合力的功和物合力的功和物体速度变化的关系体速度
4、变化的关系”的实验，图的实验，图1中小车是中小车是在在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这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时橡皮筋对小车做的功记为W。当用。当用2条、条、3条条完全相同的橡皮筋并在一起进行第完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第次、第3次次实验时，使每次实验中橡皮实验时，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。获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、_(填测量工具填测量工具
5、)和和_(选填选填“交流交流”或或“直直流流”)电源。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摩擦阻力，则下面操作正确的是斜来平衡摩擦阻力，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，当小车若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下
6、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，下列说法正确的是列说法正确的是 ()A.橡皮筋处于原长状态橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸橡皮筋仍处于伸长状态长状态C.小车在两个铁钉的连线处小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁小车已过两个铁钉的连线钉的连线(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，应选用图了测量小车获得的速度，应选用图2中纸带的中纸带的_部分进部分进行测量。行测量。解析解析(1)为测量小车获得的速度，必须用刻度尺来测量纸
7、带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。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，也要平衡纸带与限位孔之间的摩擦力。根平衡摩擦力时，也要平衡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了摩擦力。据平衡状态的特点，小车做匀速运动时即平衡了摩擦力。(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，即橡皮筋对小车的拉力等于小车受就是加速度为零的时刻，即橡皮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，
8、小车还未到到的摩擦力的时刻，此时橡皮筋处于伸长状态，小车还未到两个铁钉的连线处，两个铁钉的连线处，B正确。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，即车的速度最大，即GK部分。部分。答案答案(1)刻度尺交流刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK命题角度命题角度数据处理及误数据处理及误差分析差分析【例【例2】某实验小组采用如图某实验小组采用如图3甲所示的装置探究功与速度甲所示的装置探究功与速度变化的关系。小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，变化的关系。小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，打点计时器工作频率为
9、打点计时器工作频率为50 Hz。(1)为了消除小车运动过程中所受摩擦力的影响，调整时应为了消除小车运动过程中所受摩擦力的影响，调整时应将木板将木板_(选填选填“左左”或或“右右”)端适当垫高以平衡摩端适当垫高以平衡摩擦力。擦力。(3)根据多次测量的数据，画出橡皮筋对小车做功根据多次测量的数据，画出橡皮筋对小车做功W与小车与小车匀速运动的速度匀速运动的速度v的关系如图丙所示，根据图线形状猜想，的关系如图丙所示，根据图线形状猜想，W与与v的关系可能为的关系可能为_。(4)改变橡皮筋的根数，若实验中的所有操作和数据处理均无改变橡皮筋的根数，若实验中的所有操作和数据处理均无错误，则绘出的图线错误，则绘
10、出的图线(图中图中v2v20，将一根橡皮筋对小车，将一根橡皮筋对小车做的功记为做的功记为1)应为过原点的一条直线，但根据实验结果得到的应为过原点的一条直线，但根据实验结果得到的图线如图图线如图4所示，造成这一偏差的原因是所示，造成这一偏差的原因是_。解析解析(1)小车是向右边弹出，平衡摩擦力时应该将左端垫高小车是向右边弹出，平衡摩擦力时应该将左端垫高使重力沿斜面向下的分力与沿斜面向上的摩擦力平衡。使重力沿斜面向下的分力与沿斜面向上的摩擦力平衡。(3)图丙中图线的形状与函数图丙中图线的形状与函数yxn(n2，3，4，)的图象吻的图象吻合，故选项合，故选项C、D正确。正确。(4)从图象截距可看出合
11、外力不做功时，物体仍然会有速度，从图象截距可看出合外力不做功时，物体仍然会有速度，这表明平衡摩擦力过度。这表明平衡摩擦力过度。答案答案(1)左左(2)2(3)CD(4)平衡摩擦力过度平衡摩擦力过度热点二实验拓展创新热点二实验拓展创新命题角度命题角度用验证牛顿第二定律的装置探究动能定理用验证牛顿第二定律的装置探究动能定理【例【例3】利用如图利用如图5所示的实验装置探究所示的实验装置探究“恒力做的功与系统动恒力做的功与系统动能变化的关系能变化的关系”，已知小车质量为，已知小车质量为470 g，打点计时器所用交流，打点计时器所用交流电的频率为电的频率为50 Hz，重力加速度，重力加速度g9.8 m/
12、s2。图图5(1)挂小砂桶前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的挂小砂桶前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度，直至向左轻推小车观察到高度，直至向左轻推小车观察到_；(2)挂上挂上30 g的小砂桶，按实验要求打出的一条纸带如图的小砂桶，按实验要求打出的一条纸带如图6所示，所示，选择某一点为选择某一点为0，之后依次每，之后依次每5个计时点取一个计数点，用刻度个计时点取一个计数点，用刻度尺量出几个相邻计数点间的距离记录在纸带上，测得计数点尺量出几个相邻计数点间的距离记录在纸带上，测得计数点“1”到计数点到计数点“6”之间的距离为之间的距离为18.00 cm。由计数点。由计数点“1”到计
13、数点到计数点“6”的过程中，小砂桶所受重力做的功为的过程中，小砂桶所受重力做的功为_J，小车和小，小车和小砂桶系统动能的增加量为砂桶系统动能的增加量为_J。(计算结果保留计算结果保留3位有位有效数字效数字)解析解析(1)为消除摩擦力的影响，可垫高木板右端，直至向左轻为消除摩擦力的影响，可垫高木板右端，直至向左轻推小车，观察到纸带上各点间隔均匀。推小车，观察到纸带上各点间隔均匀。答案答案(1)纸带上各点间隔均匀纸带上各点间隔均匀(或小车做匀速直线运动或小车做匀速直线运动)(2)0.052 90.052 5用气垫导轨探究动能定理用气垫导轨探究动能定理【例【例4】(2019湖北武汉四校调考湖北武汉四
14、校调考)利用气垫导轨验证动能定理，利用气垫导轨验证动能定理，实验装置示意图如图实验装置示意图如图7所示。所示。图图7实验主要步骤如下：实验主要步骤如下：在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；在水平桌面上放置气垫导轨，将它调至水平；用游标卡尺测量遮光条的宽度用游标卡尺测量遮光条的宽度d；由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离L；将滑块移至光电门将滑块移至光电门1左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑左侧某处，待托盘静止不动时，释放滑块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小块，从固定在滑块上的拉力传感器读出细线拉力的大小F，从，从数字计时器读出遮光条通过光电
15、门数字计时器读出遮光条通过光电门1的时间的时间t1,通过光电门通过光电门2的的时间时间t2；用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量用天平称出滑块、遮光条和拉力传感器的总质量M。回答下列问题：回答下列问题：(1)以滑块以滑块(包含遮光条和拉力传感器包含遮光条和拉力传感器)为研究对象，在实验误差为研究对象，在实验误差允许的范围内，若满足关系式允许的范围内，若满足关系式_(用测量的用测量的物理量的字母表示物理量的字母表示)，则可认为验证了动能定理；，则可认为验证了动能定理；(2)关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是关于本实验，某同学提出如下观点，其中正确的是_；A.理论上，遮光条的宽度越
16、窄，遮光条通过光电门的平均速度理论上，遮光条的宽度越窄，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度越接近瞬时速度B.牵引滑块的细绳应与导轨平行牵引滑块的细绳应与导轨平行C.需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力对实验结果产生的影响D.托盘和砝码的总质量托盘和砝码的总质量m必须远小于滑块、遮光条和拉力传感必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量器的总质量M(2)理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮理论上，遮光条的宽度越窄，通过光电门的时间越短，遮光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，光条通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，A正确；牵引
17、滑正确；牵引滑块的细绳应与导轨平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就块的细绳应与导轨平行，若不平行，则细绳对滑块拉力方向就在不停变化，其做功变为变力做功而导致无法计算，故在不停变化，其做功变为变力做功而导致无法计算，故B正确；正确；本实验的研究对象是滑块，故不需要考虑托盘和砝码受到的空本实验的研究对象是滑块，故不需要考虑托盘和砝码受到的空气阻力做功，气阻力做功，C错误；该实验细绳拉力直接可以用传感器测量，错误；该实验细绳拉力直接可以用传感器测量，故托盘和砝码的总质量故托盘和砝码的总质量m不用必须远小于滑块、遮光条和拉力不用必须远小于滑块、遮光条和拉力传感器的总质量传感器的总质量M，D错误。错误。
