【步步高】2020年高考物理大一輪 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理 新人教版必修2

實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系2通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出做功與物體速度的平方的正比例關(guān)系二、實(shí)驗(yàn)原理探究圖1功與速度變化的關(guān)系，可通過(guò)改變力 對(duì)物體做的功，測(cè)出力對(duì)物體做不同的功時(shí)物體的速度，為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)可將物體初速度設(shè)置為零，可用圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加，再通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶來(lái)測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度v.三、實(shí)驗(yàn)器材小車(前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼、長(zhǎng)木板(兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶、學(xué)生電源及導(dǎo)線(使用電火花計(jì)時(shí)器則不用學(xué)生電源)、56條等長(zhǎng)的橡皮筋、刻度尺四、實(shí)驗(yàn)步驟1按如圖1所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩擦力2先用一條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出小車獲得的速度v1，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格3用2條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同，這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W2，測(cè)出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格4用3條、4條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出功和速度，記入表格五、數(shù)據(jù)處理先對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，或者作個(gè)Wv草圖，大致判斷兩個(gè)量可能是什么關(guān)系如果認(rèn)為可能是Wv2，對(duì)于每一個(gè)速度值算出它的二次方，然后以W為縱坐標(biāo)、v2為橫坐標(biāo)作圖，如果這樣作出來(lái)的圖象是一條直線，說(shuō)明兩者關(guān)系真的就是Wv2.六、誤差分析1誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比2沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大也會(huì)造成誤差3利用打點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)會(huì)帶來(lái)誤差七、注意事項(xiàng)1平衡摩擦力很關(guān)鍵，將木板一端墊高，使小車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(diǎn)計(jì)時(shí)器j打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角2測(cè)小車速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上點(diǎn)距均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)打在紙帶上的點(diǎn)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條筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值這是本實(shí)驗(yàn)的技巧之一，這里通過(guò)轉(zhuǎn)換單位的方法巧妙地解決了這一難題，這也是物理實(shí)驗(yàn)中常用的一種思想和手段(歷史上卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)和這里相似)記憶口訣一條皮筋單倍功，多條皮筋功倍增.先開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開小車向前沖.平衡摩擦是關(guān)鍵，每次車位不能變.測(cè)量點(diǎn)子均勻處，保證小車是勻速.作出圖象看關(guān)系，直線圖象是正比.例1關(guān)于“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中，下列敘述正確的是 ()A每次實(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值B每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒(méi)有必要保持一致C放小車的長(zhǎng)木板應(yīng)該盡量使其水平D先接通電源，再讓小車在橡皮筋的作用下彈出特別提醒1.不直接算W和v的數(shù)值，而只看第2次、第3次實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍，這樣可簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理2實(shí)驗(yàn)中要通過(guò)傾斜木板平衡摩擦力，這與探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系中平衡摩擦力的方法是一樣的例2某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖2甲所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系，小車在橡皮筋的作用下彈出后，沿木板滑行，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz. 甲 乙圖2(1)實(shí)驗(yàn)中木板略微傾斜，這樣做_(填答案前的字母)A是為了釋放小車后，小車能勻加速下滑B是為了增大橡皮筋對(duì)小車的彈力C是為了使橡皮筋對(duì)小車做的功等于合外力對(duì)小車做的功D是為了使橡皮筋松馳后小車做勻加速運(yùn)動(dòng)(2)若根據(jù)多次測(cè)量數(shù)據(jù)畫出的Wv草圖如圖乙所示，根據(jù)圖線形狀可知，對(duì)W與v的關(guān)系作出的以下猜想肯定不正確的是_ AW BW CWv2 DWv3圖3例3如圖3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置釋放小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出(1)除了圖中的已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有_；(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是_；(3)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；(4)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； 數(shù)據(jù)物理量橡皮筋做的功10個(gè)間距的距離x(m)10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v1W0.2000.220.2800.230.3000.240.4000.250.4500.2(5)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4所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性圖4(6)若在實(shí)驗(yàn)中你作出的圖線與理論的推測(cè)不完全一致，你處理這種情況的做法是_16.創(chuàng)新探究性實(shí)驗(yàn)的解題方法例4某興趣小組想通過(guò)物塊在斜面上運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究“合外力做功和物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)開始前，他們提出了以下幾種猜想：W ，Wv，Wv2.他們的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5甲所示，PQ為一塊傾斜放置的木板，在Q處固定一個(gè)速度傳感器(用來(lái)測(cè)量物體每次通過(guò)Q點(diǎn)時(shí)的速度)，每次實(shí)驗(yàn)，物體從不同初始位置處由靜止釋放圖5同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了以下表格來(lái)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)其中L1、L2、L3、L4代表物體分別從不同初始位置處無(wú)初速釋放時(shí)初始位置到速度傳感器的距離，v1、v2、v3、v4表示物體每次通過(guò)Q點(diǎn)的速度.實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234LL1L2L3L4vv1v2v3v4他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了如圖乙所示的Lv圖象，并得出結(jié)論Wv2.他們的做法是否合適，你有什么好的建議？在此實(shí)驗(yàn)中，木板與物體間摩擦力的大小_(填“會(huì)”或“不會(huì)”)影響探究出的結(jié)果方法提煉縱觀近幾年各地高考試題，創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)試題正成為高考試題的主流題型，這也正是新課標(biāo)精神在高考中的具體表現(xiàn)創(chuàng)新探究型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是：利用課本實(shí)驗(yàn)的儀器、思想和方法來(lái)完成不同于課本的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，如利用牛頓第二定律的裝置來(lái)完成探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)，有些試題中可能會(huì)出現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)器材，但這些器材也是在教材上出現(xiàn)的，例如光電門、氣墊導(dǎo)軌、力傳感器等，無(wú)論是應(yīng)用什么樣的實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)的思想和方法都來(lái)源于課本實(shí)驗(yàn)，是課本實(shí)驗(yàn)思想和方法的遷移應(yīng)用 解決創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)試題的基礎(chǔ)是熟練掌握考試說(shuō)明要求的物理實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是基本實(shí)驗(yàn)器 材的使用方法和實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)的物理思想，例如平衡摩擦力的方法、用重力代替拉力的方 法、控制變量的方法、累積法測(cè)量微小量的方法、圖象探究物理量關(guān)系的方法、微小量 放大測(cè)量的方法、平均值減小誤差的方法等等解決創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)試題的關(guān)鍵是能將學(xué) 過(guò)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和方法在不同的情境下遷移應(yīng)用，這對(duì)同學(xué)的綜合分析問(wèn)題并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力提出了較高的要求.1用如圖6所示的裝置做“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是 () 圖6A為了平衡摩擦力，實(shí)驗(yàn)中可以將長(zhǎng)木板的左 端適當(dāng)墊高，使小車?yán)┻^(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶自由下滑時(shí)能保持勻速運(yùn)動(dòng)B每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋的規(guī)格要相同，拉伸的長(zhǎng)度要一樣C可以通過(guò)改變橡皮筋的條數(shù)來(lái)改變拉力做功的數(shù)值D可以通過(guò)改變小車的質(zhì)量來(lái)改變拉力做功的數(shù)值E實(shí)驗(yàn)中要先釋放小車再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源F通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的最大速度G通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶來(lái)測(cè)定小車加速過(guò)程中獲得的平均速度2探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示，實(shí)驗(yàn)主要 過(guò)程如下：圖7(1)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、 3W、；(2)分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求出小車的速度v1、v2、v3、； (3)作出Wv草圖；(4)分析Wv圖象如果Wv圖象是一條直線，表明Wv；如果不是直線，可考慮是否存在Wv2、Wv3、W等關(guān)系以下關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是_A本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、.所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功為W，用2條、3條、橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3W、B小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒梢允鼓景暹m當(dāng)傾斜C某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小D根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算3在追尋科學(xué)家研究足跡的過(guò)程中，某同學(xué)為探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系，采用了如圖8所示的“探究物體加速度與物體質(zhì)量、受力之間關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖8(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)，該同學(xué)想用鉤碼的重力表示滑塊受到的合力，為了減小這種做法帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差，你認(rèn)為在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該采取的兩項(xiàng)措施是_和_(2)如圖9所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是連續(xù)的六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離已在圖中標(biāo)出，測(cè)出滑塊的質(zhì)量為M，鉤碼的總質(zhì)量為m.從打B點(diǎn)到打E點(diǎn)的過(guò)程中，為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，該同學(xué)應(yīng)該尋找_和_之間的數(shù)值關(guān)系(用題中和圖中的物理量符號(hào)表示)圖9圖104. 某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究 “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，用拉力傳感器記錄小車受到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(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；正確連接所需電路將小車停在C點(diǎn)，_，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 (2)下面的表格中是他們測(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，|vv| 是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量E，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E3_，W3_.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)次數(shù)M/kg|vv| /(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43 (3)根據(jù)表格，請(qǐng)?jiān)趫D11中的方格紙上作出EW圖線圖11答案課堂探究例1D實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有必要測(cè)出橡皮筋做功的具體數(shù)值，只要測(cè)出后來(lái)各次橡皮筋做的功是第一次的多少倍即可，A錯(cuò)誤；為了使以后各次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的整數(shù)倍，必須使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致，B錯(cuò)誤；為減小誤差，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使木板傾斜以平衡摩擦力，C錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源，然后再放開小車，D正確例2(1)C(2)AB例3(1)刻度尺(2)把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力(3)點(diǎn)距均勻(4)2W、3W、4W、5W(5)v圖象見解析圖(6)分析誤差來(lái)源，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或測(cè)量手段，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)例4不合適，應(yīng)進(jìn)一步繪制Lv2圖象不會(huì)隨堂訓(xùn)練1ABCF2.D3(1)保證鉤碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊的質(zhì)量平衡摩擦力(2)mg(x2x3x4)M()2M()24(1)小車、砝碼 釋放小車減少砝碼(2)0.6000.610(3)如圖所示