《物理第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《物理第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理（47頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、第五章第五章 機(jī)械能機(jī)械能實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理過(guò)好雙基關(guān)(1)一根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s做功為W.(2)兩根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s做功應(yīng)為 .(3)三根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s做功應(yīng)為 .(4)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求出小車離開(kāi)橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系.1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄抗εc物體速度變化的關(guān)系.2.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理(如圖1所示)圖12W3W基本實(shí)驗(yàn)要求基本實(shí)驗(yàn)要求3.實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材 、小車、木板、 、紙帶、鐵釘、刻度尺等.4.實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟(1)墊高木板的一端，平衡 .(2)拉伸的橡皮筋對(duì)小車做功：用一條橡皮筋拉小車做功W.用
2、兩條橡皮筋拉小車做功2W.用三條橡皮筋拉小車做功3W.橡皮筋打點(diǎn)計(jì)時(shí)器摩擦力(3)測(cè)出每次做功后小車獲得的 .(4)分別用各次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的v和W繪制Wv或Wv2、Wv3、圖象，直到明確得出W和v的關(guān)系.5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系W mv2.速度1.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與 平衡.方法是輕推小車，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 運(yùn)動(dòng)，找到長(zhǎng)木板的一個(gè)合適的傾角.(2)測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)跡均勻的部分，也就是選小車做_運(yùn)動(dòng)的部分.(3)橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的.力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即
3、可，不必計(jì)算出具體數(shù)值.(4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些.摩擦阻力勻速勻速規(guī)律方法總結(jié)規(guī)律方法總結(jié)2.實(shí)驗(yàn)探究的技巧與方法實(shí)驗(yàn)探究的技巧與方法(1)不直接計(jì)算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理.(2)作Wv圖象，或Wv2、Wv3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線.研透命題點(diǎn)例例1如圖2所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形.這時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為W.當(dāng)我們把2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都拉伸到同一位
4、置釋放.小車在每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶測(cè)出.命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透答案解析圖2(1)除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有 ；刻度尺解析解析計(jì)算小車速度需要測(cè)量紙帶上的點(diǎn)間的距離，要用刻度尺.(2)平衡摩擦力后，每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的 部分進(jìn)行測(cè)量；答案解析解析解析小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，紙帶上的點(diǎn)的間隔均勻.點(diǎn)距均勻解析解析橡皮筋每增加一條，對(duì)小車做的功就增加W.(3)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表，請(qǐng)將第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對(duì)應(yīng)的位置；答案解析橡皮筋做的功10個(gè)間距的距離x(m)1
5、0個(gè)間距的時(shí)間T(s)小車獲得的速度vn小車速度的平方vn2第1次W0.2000.2 第2次0.2800.2 第3次0.3000.2 第4次0.4000.2 第5次0.4500.2 2W3W4W5W(4)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn ，請(qǐng)你根據(jù)表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖3所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性.答案解析解析解析縱坐標(biāo)表示速度的平方，橫坐標(biāo)表示功，利用描點(diǎn)法描出各組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，然后用平滑曲線連線作出vn2Wn圖象，如圖所示.答案答案見(jiàn)解析圖圖3vn2變式變式1某學(xué)習(xí)小組做探究“合力的功和物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，圖4中小車是在1條橡皮筋作用下彈
6、出，沿木板滑行，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功記為W.當(dāng)用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次實(shí)驗(yàn)時(shí)，使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致.每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出.(1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、 (填測(cè)量工具)和 (選填“交流”或“直流”)電源.答案解析解析解析為測(cè)量小車獲得的速度，必須用刻度尺來(lái)測(cè)量紙帶上點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交流電源.圖4刻度尺交流(2)實(shí)驗(yàn)中，小車會(huì)受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡掉摩擦阻力，則下面操作正確的是A.放開(kāi)小車，能夠自由下滑即可B.放開(kāi)小車，能夠勻速下滑即可C.放開(kāi)拖著紙帶的小
7、車，能夠自由下滑即可D.放開(kāi)拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可解析解析解析平衡摩擦力時(shí)，也要平衡掉紙帶與限位孔之間的摩擦力.根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn)，小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)即平衡掉了摩擦力.答案(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說(shuō)法正確的是A.橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)B.橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C.小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D.小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線解析解析解析若木板水平放置，則未平衡摩擦力.小車速度最大時(shí)，也就是加速度為零的時(shí)刻，即橡皮筋對(duì)小車的拉力等于小車受到的摩擦力的時(shí)刻，此時(shí)橡皮筋處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，小車還未到兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處，B正確.答案(4
8、)在正確操作情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用圖5中紙帶的 部分進(jìn)行測(cè)量.答案解析解析解析應(yīng)該選用紙帶上小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)小車的速度最大，即GK部分.GK圖51.裝置時(shí)代化裝置時(shí)代化命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研2.求解智能化求解智能化(1)摩擦阻力問(wèn)題：靠小車重力的下滑分力平衡摩擦力自由下落阻力減少氣墊導(dǎo)軌減少摩擦力.(2)速度的測(cè)量方法：勻速運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度光電門v 速度傳感器直接顯示速度大小.創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新利用重物牽引小車?yán)弥匚餇恳≤嚴(yán)?(2017北京理綜21)如圖6所示
9、，用質(zhì)量為m的重物通過(guò)滑輪牽引小車，使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況.利用該裝置可以完成“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn).答案解析解析解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源.圖6(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是 (選填選項(xiàng)前的字母).A.直流電源B.交流電源(2)實(shí)驗(yàn)中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正確操作方法是 (選填選項(xiàng)前的字母).A.把長(zhǎng)木板右端墊高 B.改變小車的質(zhì)量在不掛重物且 (選填選項(xiàng)前的字母)的情況下，輕推一下小車.若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng)，表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響.A.計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B.計(jì)時(shí)器打點(diǎn)答案解析解析解析平衡摩擦力的方法為將木板一端墊高，使得重力沿木板方向的分
10、力與摩擦力和其他阻力平衡，使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)；判斷小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)是根據(jù)紙帶上相鄰點(diǎn)間的距離相等判定，故需計(jì)時(shí)器打點(diǎn).實(shí)驗(yàn)中，重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg，從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過(guò)程中，拉力對(duì)小車做的功W ，打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v .(3)接通電源，釋放小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O.在紙帶上依次取A、B、C若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，測(cè)得A、B、C各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1、x2、x3如圖7所示.答案解析圖7mgx2解析解析拉力大小為mg，O到B位移為x2，根據(jù)功的公式得Wmgx2.由于小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，B點(diǎn)為AC的時(shí)間
11、中點(diǎn)，AC段的平均速度等于B點(diǎn)的瞬時(shí)速度，即v(4)以v2為縱坐標(biāo)，W為橫坐標(biāo)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出如圖8所示的v2W圖象.由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為 .根據(jù)功與能的關(guān)系，動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系，與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是 .答案解析圖8v24.7W質(zhì)量解析解析因v2_W圖象為直線，則設(shè)v2kWb，從圖中讀出b0.005，在圖中直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn)，可得：k4.7，在作圖誤差允許的范圍內(nèi)表達(dá)式可寫成v24.7W.由等式兩端的物理量單位可知，左側(cè)單位m2s2，右側(cè)W單位為J.所以k的單位為 所以與斜率有關(guān)的物理量是質(zhì)量.(5)假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力
12、和其他阻力的影響，若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件，則從理論上分析，圖中正確反映v2W關(guān)系的是 . 答案解析調(diào)整水平桌面上的氣墊導(dǎo)軌至水平；測(cè)量擋光條的寬度l，兩光電門間的中心間距s，用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M，托盤和砝碼的總質(zhì)量m；將滑塊移至光電門1左側(cè)某位置，由靜止釋放滑塊，從計(jì)時(shí)器中分別讀出擋光條通過(guò)兩光電門的時(shí)間t1、t2.用測(cè)量的物理量求解下列物理量：(1)滑塊通過(guò)光電門1和2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1 ，v2 .創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新利用光電門和氣墊導(dǎo)軌利用光電門和氣墊導(dǎo)軌例例3(2017云南昆明模擬)利用氣墊導(dǎo)軌探究動(dòng)能定理，實(shí)驗(yàn)裝置如圖9所示.實(shí)驗(yàn)步驟如
13、下：答案圖9解析(2)滑塊通過(guò)光電門1和2時(shí)，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動(dòng)能分別為Ek1 ，Ek2 .外力對(duì)系統(tǒng)做的功為W .答案解析解析解析根據(jù)動(dòng)能的定義式得：通過(guò)光電門1，mgs在滑塊從光電門1運(yùn)動(dòng)到光電門2的過(guò)程中， 外力對(duì)系統(tǒng)做的總功Wmghmgs.(3)實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證動(dòng)能定理是否成立的關(guān)系式為 .答案解析解析解析如果WEkEk2Ek1，則可認(rèn)為驗(yàn)證了動(dòng)能定理.創(chuàng)新點(diǎn)創(chuàng)新點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新利用傳感器利用傳感器例例4某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器來(lái)探究動(dòng)能定理.如圖10所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力
14、傳感器記錄小車受到的拉力的大小.在水平桌面上相距50.0 cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，記錄小車通過(guò)A、B時(shí)的速度大小.小車中可以放置砝碼.答案(1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：測(cè)量 和拉力傳感器的總質(zhì)量m1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需裝置.圖10小車將小車停在C點(diǎn)，接通電源， ，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過(guò)A、B時(shí)的速度.在小車中增加砝碼，或 ，重復(fù)的操作.答案然后釋放小車減少砝碼(2)如表是他們測(cè)得的幾組數(shù)據(jù)，其中m是m1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|v22v12|是兩個(gè)速度傳感器所記錄速度的二次方差的絕對(duì)值，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量E
15、k，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功.表格中的Ek3 J，W3 J.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)m/kg|v22v12|/(m2s2)Ek/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400Ek31.220W341.0002.4001.2002.4201.2100.6000.610答案解析W3F3LAB1.2200.500 J0.610 J(3)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖11中的坐標(biāo)紙上作出EkW圖線.答案解析解析解析如圖所示答案答案見(jiàn)解析圖圖11例例5為了探究動(dòng)能改變與合外力做功的關(guān)系
16、，某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：第一步：把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起，把質(zhì)量為M的滑塊通過(guò)細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾子的重錘跨過(guò)定滑輪相連，重錘后連一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng)，如圖12甲所示.命題點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新能力考點(diǎn)師生共研能力考點(diǎn)師生共研圖12第二步：保持長(zhǎng)木板的傾角不變，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開(kāi)始向下加速運(yùn)動(dòng)，打出紙帶，如圖乙所示.打出的紙帶如圖丙所示. 圖12請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為
17、t，O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn)，根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動(dòng)的速度，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊運(yùn)動(dòng)的速度vB .答案解析(2)已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，要測(cè)出某一過(guò)程合外力對(duì)滑塊做的功還必須測(cè)出這一過(guò)程滑塊 (寫出物理量名稱及符號(hào)，只寫一個(gè)物理量)，合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W合 .答案解析解析解析由功的定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移x，由動(dòng)能定理可知W合Ek，即mgxEk；下滑的位移xmgx(3)算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA、OB、OC、OD、OE段合外力對(duì)滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點(diǎn)的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)作出v2W圖象，可知該圖象是一條 ，根據(jù)圖象還可求
18、得 .答案解析解析解析v2W圖象應(yīng)該為一條過(guò)原點(diǎn)的直線，根據(jù)Ek Mv2可求得M的值.過(guò)原點(diǎn)的直線滑塊的質(zhì)量M變式變式2測(cè)量滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的合外力是探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)要解決的一個(gè)重要問(wèn)題.為此某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：A.實(shí)驗(yàn)裝置如圖13甲所示，滑塊后面夾紙帶，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(頻率為50 Hz).一端系在滑塊上的細(xì)繩通過(guò)轉(zhuǎn)軸光滑的輕質(zhì)滑輪掛上鉤碼，用墊塊將長(zhǎng)木板固定有定滑輪的一端墊起.調(diào)整長(zhǎng)木板的傾角，打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后輕推滑塊，滑塊沿長(zhǎng)木板向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)； 圖13B.保持長(zhǎng)木板的傾角不變，取下細(xì)繩和鉤碼，打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓滑塊只拖著紙帶沿長(zhǎng)木板向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng).請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
19、(1)滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上所打出點(diǎn)的分布應(yīng)該是 .答案解析解析解析此實(shí)驗(yàn)平衡摩擦力后，確定滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)的依據(jù)是，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上所打出點(diǎn)的分布應(yīng)該是等間距的.等間距(或均勻)的(2)滑塊在勻加速下滑過(guò)程中所受的合外力大小 (選填“大于”“等于”或“小于”)鉤碼的重力大小.答案解析解析解析因?yàn)樵阢^碼作用下，滑塊做勻速運(yùn)動(dòng).根據(jù)力的合成可知，當(dāng)去掉鉤碼后小車受到的合力大小等于鉤碼的重力大小.等于(3)當(dāng)滑塊沿長(zhǎng)木板向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，某同學(xué)打出的一條紙帶如圖乙所示，用刻度尺測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0的距離分別為3.15 cm、12.40 cm、27.70 cm、49.05 cm.由此可得物體的加速度為 m/s2.(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案解析解析解析根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在相等時(shí)間內(nèi)走過(guò)的位移差是一個(gè)定值可得a6.06102 m/s26.06 m/s2.(4)若滑塊質(zhì)量為m0、鉤碼質(zhì)量為m，當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下1、3點(diǎn)時(shí)滑塊的速度分別為v1和v2，1、3兩點(diǎn)之間距離為s，重力加速度為g，探究結(jié)果的表達(dá)式是 .(用相應(yīng)的符號(hào)表示)答案解析
物理第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理
