江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第五章机械能实验四探究动能定理讲义含解析.pdf
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1、实验四 探究动能定理实验四 探究动能定理 1实验目的 探究功与物体速度变化的关系 2实验原理(如图 1 所示) 图 1 (1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s做功为W. (2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s做功应为 2W. (3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s做功应为 3W. (4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度,列表、作图,由图象可以确定功与速度变化 的关系 3实验器材 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等 4实验步骤 (1)垫高木板的一端,平衡摩擦力 (2)拉伸的橡皮筋对小车做功: 用一条橡皮筋拉小车做功W. 用两条橡皮筋拉小车做功 2W. 用三条橡皮筋拉小车做功 3W
2、. (3)测出每次做功后小车获得的速度 (4)分别用各次实验测得的v和W绘制Wv或Wv2、Wv3图象,直到明确得出W和v 的关系 5实验结论 物体速度v与外力做功W间的关系Wmv2. 1 2 6实验注意事项 (1)将木板一端垫高,使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻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做匀速运动,找到长木板的一个合适的 倾角 (2)测小车速度时,应选纸带上的点迹均匀的部分,也就是选小车做匀速运动的部分 (3)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 (4)小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些
3、7实验探究的技巧与方法 (1)不直接计算W和v的数值, 而只是看第 2 次、 第 3 次实验中的W和v是第 1 次的多少 倍,简化数据的测量和处理 (2)作Wv图象,或Wv2、Wv3图象,直到作出的图象是一条倾斜的直线 命题点一 教材原型实验命题点一 教材原型实验 例 1 (2018淮安市、 宿迁市等期中)用图 2 甲所示装置探究 “做功与物体速度变化的关系” , A、B是固定在长直木板上的两个铁钉实验时,小车在橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行, 通过改变橡皮筋的条数改变做功的多少,再根据纸带上的打点确定小车对应运动的速度,进 而探究做功与物体速度变化的关系 图 2 (1)关于该实验的下列说法中
4、,正确的有_ A需要测出小车的质量m B需要选择相同的橡皮筋进行实验 C需要测出每根橡皮筋对小车所做的功W D改变橡皮筋条数时小车必须从同一位置由静止释放 (2)实验中得到一根纸带如图乙所示,1、2、3是按时间先后顺序标出的计数点(每两个相邻 计数点间还有 4 个打点未画出), 造成图乙各计数点间距不相等的原因可能是_ 由图 乙所示的纸带可知, 该小车达到最大速度时, 橡皮筋的伸长量_(选填 “大于零” 或 “等 于零”) (3)该小组用新、 旧两组橡皮筋分别做实验, 正确实验操作得到橡皮筋的条数n与小车对应速 度v的多组数据,作出v2n的图象如图丙中的C、D所示,则用新橡皮筋得出的图象是 _
5、(选填“C”或“D”),根据该图象可以得出的结论是_ 答案 (1)BD (2)没有平衡摩擦或是没有完全平衡摩擦 大于零 (3)C v2与n成正比(或v2与橡皮筋对小车所做的功成正比) 解析 (1)此实验要验证的是Wmv2, 即Wv2, 则此实验中不需要测出小车的质量m, 选项 A 1 2 错误;为了保证每条橡皮筋对小车做的功都一致,实验中需要选择相同的橡皮筋进行实验, 选项 B 正确;实验中不需要测出每根橡皮筋对小车所做的功W,选项 C 错误;改变橡皮筋条 数时小车必须从同一位置由静止释放,选项 D 正确 (2)实验中若平衡了摩擦力, 则小车在橡皮筋的作用下先加速运动, 脱离橡皮筋后做匀速运动
6、, 则造成题图乙各计数点间距不相等的原因可能是没有平衡摩擦或是没有完全平衡摩擦;由题 图乙所示的纸带可知,由于没有平衡摩擦力或没有完全平衡摩擦,该小车达到最大速度时, 加速度为零,此时橡皮筋仍有弹力,即伸长量不为零 (3)旧橡皮筋的弹力小于新橡皮筋,则用同样数量的新、旧橡皮筋做实验时,新橡皮筋使小车 得到的速度较大,由图象可知用新橡皮筋得出的图象是C,根据该图象可以得出的结论是 :v2 与n成正比(或v2与橡皮筋对小车所做的功成正比) 命题点二 实验创新命题点二 实验创新 1做功方式的创新 2测量方式的创新 例 2 (2018苏锡常镇二模)某同学用图 3 甲所示的实验装置探究“恒力做功与小车动
7、能变 化的关系” 图 3 (1)为了能用砂和砂桶的总重力所做的功表示小车所受拉力做的功,本实验中小车质量 M_(填“需要”或“不需要”)远大于砂和砂桶的总质量m. (2)图乙为实验得到的一条清晰的纸带,A、B、C、D、E、F、G是纸带上 7 个连续的点,sAD _cm.已知电源频率为 50Hz,则打点计时器在打D点时纸带的速度v_m/s (计算结果保留两位有效数字) (3)该同学画出小车动能变化与拉力对小车所做的功的 EkW关系图象, 由于实验前遗漏了 平衡摩擦力这一关键步骤,他得到的实验图线(实线)应该是_ 答案 (1)需要 (2)2.10 0.50 (3)D 变式 (2018盐城市三模)某
8、同学利用如图 4 所示的气垫导轨装置探究 “恒力做功与物体动 能变化间的关系” 在气垫导轨上安装了光电门,滑块上固定宽度为d的遮光条,用细线绕过 定滑轮将质量为M200g 的滑块(含遮光条)与质量为m30g 的重物相连,细线与导轨平 行实验时滑块每次都从同一位置A处由静止释放,用x表示滑块从静止开始到通过光电门 的位移大小,用t表示遮光条通过光电门的时间改变光电门在气垫导轨上的位置,测量不 同x所对应遮光条通过光电门的时间t,再分别计算拉力做的功W和滑块通过光电门时的动 能Ek. 图 4 (1)实验前调节气垫导轨水平的目的是_ (2)将重物的重力视为滑块受到的拉力,取g9.80m/s2,用Wm
9、gx计算出拉力对滑块做的 功W,并计算出滑块动能增量 Ek.计算结果见下表: W/103J7.358.8210.2911.7613.2314.70 Ek/103J6.397.678.9510.2311.5012.78 (WEk)/103J0.961.151.341.531.731.92 实验结果表明,Ek总是小于W.你认为这是_(选填“偶然”或“系统”)误差,简 要说明你的理由:_. 进一步研究表明,拉力对小车做的功W和小车动能增量 Ek的差值(WEk)随x增大而 增大,用题中滑块和重物的质量可计算出(WEk)与x的比值_N(计算 WEk x 结果保留两位有效数字) 答案 (1)保证滑块重力不
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