物理專題五 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)能定理實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系2通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系實(shí)驗(yàn)原理?xiàng)l數(shù)增加打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系，可通過改變力對(duì)物體做的功，測(cè)出力對(duì)物體做不同功時(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，可用如圖 S5-1 所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過增加橡皮筋的_使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍_，再通過_和紙帶來測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度 v.圖 S5-1實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、小車(帶小鉤)、電源、導(dǎo)線、砝碼、56 條完全相同的橡皮筋、刻度尺、長(zhǎng)木板、鐵釘?shù)葘?shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)步驟平衡摩擦力1按如圖 S5-1 所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)_2先用_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_，將這一組數(shù)據(jù)記入表格1W3用_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，這樣橡皮筋對(duì)小車做的功為_，測(cè)出小車獲得的速度 v2，將數(shù)據(jù)記入表格22W4用 3 條、4 條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出橡皮筋對(duì)小車做的功和小車獲得的速度，記入表格5觀察測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)，大致判斷兩個(gè)量可能的關(guān)系，然后以 W 為縱坐標(biāo)，以 v2(或 v)為橫坐標(biāo)作圖，尋找兩者的關(guān)系實(shí)驗(yàn)結(jié)論從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，功W與速度v的平方成正比，即Wv2.【基礎(chǔ)檢測(cè)】(2017 年槐蔭區(qū)期末)某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖 S5-2 所示的裝置“探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系”提供的實(shí)驗(yàn)器材：電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶、沙桶、細(xì)沙、細(xì)線、小車及砝碼、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板及墊塊圖 S5-2(1)為完成此實(shí)驗(yàn)，還需要的器材是_(填下列儀器前的字母代號(hào))A天平B秒表C毫米刻度尺(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了方便計(jì)算合力的功，使小車所受的合力大小等于沙和沙桶的總重力為此，一方面要消除摩擦力的影響；另一方面還應(yīng)使沙和沙桶的質(zhì)量 _( 填“遠(yuǎn)小于”或“遠(yuǎn)大于”)小車和砝碼的總質(zhì)量答案：(1)AC (2)遠(yuǎn)小于考點(diǎn)1對(duì)實(shí)驗(yàn)基本原理和步驟的考查 重點(diǎn)歸納1平衡摩擦力：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選點(diǎn)測(cè)速：測(cè)小車速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)打的點(diǎn)3規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時(shí)，力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)算出具體數(shù)值 典例剖析例1：某實(shí)驗(yàn)小組用如圖 S5-3 所示裝置“探究功與物體速度變化的關(guān)系”圖 S5-3(1)為平衡小車運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力，應(yīng)該采用下面所述方法中的_(填選項(xiàng)前的字母代號(hào))A逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車能夠自由下滑B逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓小車在橡皮筋作用下開始運(yùn)動(dòng)C逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，給小車一初速度，讓拖著紙帶的小車勻速下滑D逐步調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，讓拖著紙帶的小車自由下滑(2)圖 S5-4 是該實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)過程中打出的一條紙帶，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接的電源的頻率為 50 Hz，則橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)時(shí)小車的速度為_m/s(計(jì)算結(jié)果保留 3 位有效數(shù)字)圖 S5-4答案：(1)C (2)1.39(1.381.40 均正確)【考點(diǎn)練透】1(2016 年重慶第一中學(xué)檢測(cè))用如圖 S5-5 甲所示裝置來探究“功和動(dòng)能變化的關(guān)系”木板上固定兩個(gè)完全相同的遮光條 A、B，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將木板通過兩個(gè)滑輪與彈簧測(cè)力計(jì) C 相連，木板放在安裝有定滑輪和光電門的軌道 D 上，軌道放在水平桌面上，P 為小桶(內(nèi)有沙子)，滑輪質(zhì)量、摩擦不計(jì)，重力加速度為 g.甲丙乙圖 S5-5(1)實(shí)驗(yàn)中軌道應(yīng)傾斜一定角度，這樣做的目的是_A為了使釋放木板后，木板能勻加速下滑B為了增大木板下滑的加速度C可使得細(xì)線拉力做的功等于合力對(duì)木板做的功D可使得木板在未施加拉力時(shí)能勻速下滑(2)用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光條的寬度，如圖乙所示，則遮光條的寬度 d_cm.(3)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下：測(cè)量木板、遮光條的總質(zhì)量 M，測(cè)量?jī)烧诠鈼l的距離 L；按圖甲正確連接器材將木板左端與軌道左端對(duì)齊，靜止釋放木板，木板在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù) F 及遮光條 B、A 先后經(jīng)過光電門的時(shí)間為 t1、t2.則遮光條 B、A 通過光電門的過程中木板動(dòng)能的變化量Ek _ ， 合外力對(duì)木板做功W _，(用字母 M、t1、t2、d、L、F 表示)在小桶中增加沙子，重復(fù)的操作比較 W、Ek 的大小，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論考點(diǎn) 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及誤差分析 重點(diǎn)歸納1數(shù)據(jù)分析(1)小車速度的求法：實(shí)驗(yàn)獲得如圖 S5-6 所示紙帶，利用紙帶上點(diǎn)跡均勻的一段測(cè)出兩點(diǎn)間的距離，如紙帶上 A、B 兩點(diǎn)圖 S5-6橡皮筋條數(shù)位移s/m時(shí)間t/s速度v/(ms1)速度的平方v2/(m2s2) 典例剖析例 2：如圖 S5-7 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)出圖 S5-7(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)平衡摩擦后，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(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.項(xiàng)目橡皮筋做的功10個(gè)間距的距離x/m10個(gè)間距的時(shí)間T/s小車獲得的速度vn/(ms1)小車速度的平方v/(m2s2)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(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 S5-8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 S5-8答案：(1) 刻度尺(2) 點(diǎn)距均勻(3)2W3W4W5W(4)vn如圖 S5-9 所示圖 S5-92題后反思：1.實(shí)驗(yàn)器材的選用對(duì)應(yīng)第(1)題只要應(yīng)用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打紙帶的實(shí)驗(yàn)，與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器相關(guān)的器材，如：學(xué)生電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶必須有，處理紙帶時(shí)，為測(cè)量計(jì)時(shí)點(diǎn)間距，還應(yīng)有刻度尺2數(shù)據(jù)處理的方法對(duì)應(yīng)第(2)(3)題(1)紙帶上點(diǎn)間距相等部分對(duì)應(yīng)橡皮筋松弛后小車獲得的末速度(2)因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的長(zhǎng)度，故橡皮筋對(duì)小車做的總功與橡皮筋條數(shù)成正比3利用圖象探究物理量間的關(guān)系對(duì)應(yīng)第(4)題(1)利用圖象探究物理量間的關(guān)系時(shí)，首先確定橫、縱坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的物理量及單位(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)確定橫、縱坐標(biāo)軸的標(biāo)度(3)認(rèn)真描出各坐標(biāo)點(diǎn)(4)連線時(shí)要注意連線原則，偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍去【考點(diǎn)練透】2某同學(xué)利用如圖 S5-10 所示的裝置探究功與速度變化的關(guān)系圖 S5-10A小物塊在橡皮筋的作用下彈出，沿水平桌面滑行，之后平拋落至水平地面上，落點(diǎn)記為 M1；B在釘子上分別套上 2 條、3 條、4 條同樣的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致，重復(fù)步驟(1)，小物塊落點(diǎn)分別記為 M2、M3、M4C測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(1)為求出小物塊拋出時(shí)的動(dòng)能，需要測(cè)量下列物理量中的_(填正確答案標(biāo)號(hào))A小物塊的質(zhì)量 mB橡皮筋的原長(zhǎng) xC橡皮筋的伸長(zhǎng)量xD桌面到地面的高度 hE小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離 L(2)將幾次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小物塊做的功分別記為 W1、W2、W3小物塊拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離分別記為 L1 、L2 、L3若功與速度的平方成正比，則應(yīng)以 W 為縱坐標(biāo)、_為橫坐標(biāo)作圖，才能得到一條直線(3)若小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略，則由此引起的誤差屬于_(填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)(3)由于儀器本身不精確，或?qū)嶒?yàn)方法粗略，或?qū)嶒?yàn)原理不完善而產(chǎn)生的誤差屬于系統(tǒng)誤差實(shí)驗(yàn)中由于小物塊與桌面之間的摩擦不能忽略而引起的誤差屬于系統(tǒng)誤差答案：(1)ADE (2)L2(3)系統(tǒng)誤差考點(diǎn) 3實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新 重點(diǎn)歸納1實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)，使用拉力傳感器和速度傳感器圖 S5-112實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)(1)利用自由落體運(yùn)動(dòng)探究功和動(dòng)能的關(guān)系(2)研究小車以不同的初速度沿粗糙水平面滑動(dòng)的距離，得出小車的初動(dòng)能大小與克服摩擦力做功的情況，也可探究動(dòng)能定理這時(shí)必須保證小車與水平面上各處之間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同 典例剖析例3：某學(xué)習(xí)小組利用如圖 S5-12 所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理圖 S5-12(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實(shí)驗(yàn)器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離 x_cm.(2)測(cè)量擋光條的寬度 d，記錄擋光條通過光電門 1 和 2 所用的時(shí)間t1 和t2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力 F，為了完成實(shí)驗(yàn)，還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是：_.(3)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？ _( 填“是”或“否”)答案：(1)50.00 (2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量 M(3)否題后反思：1實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新對(duì)應(yīng)題干部分(1)利用氣墊導(dǎo)軌替代長(zhǎng)木板，實(shí)驗(yàn)中不必再平衡滑塊的摩擦力(2)利用光電門測(cè)量滑塊運(yùn)動(dòng)的速度更準(zhǔn)確(3)利用力傳感器測(cè)量細(xì)繩的拉力更方便2實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新對(duì)應(yīng)第(2)題(1)實(shí)驗(yàn)研究滑塊通過兩光電門之間的過程中合外力做功與動(dòng)能改變量的關(guān)系，研究對(duì)象為滑塊、擋光條和拉力傳感器組成的整體(2)因用拉力傳感器直接測(cè)細(xì)繩拉力大小，故不必滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量【考點(diǎn)練透】3(2016 年新課標(biāo)卷)某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖 S5-13 所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能圖 S5-13(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟：把紙帶向左拉直松手釋放物塊接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是_(填代表步驟的序號(hào))(2)圖 S5-14 中 M 和 L 紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為 50 Hz.由 M 紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為 _m/s. 比較兩紙帶可知，_(填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大圖 S5-14答案：(1)(2)1.29 M