《高中物理 實驗5 探究動能定理學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 實驗5 探究動能定理學(xué)案（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗五探究動能定理考綱解讀1.通過實驗探究力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系.2.通過分析論證和實驗探究的過程，培養(yǎng)實驗探究能力和創(chuàng)新精神基本實驗要求1實驗?zāi)康奶骄抗εc物體速度變化的關(guān)系2實驗原理(1)一根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功為W.(2)兩根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應(yīng)為2W.(3)三根橡皮筋作用在小車上移動距離s做功應(yīng)為3W.(4)利用打點計時器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定速度變化與功的關(guān)系3實驗器材橡皮筋、小車、木板、打點計時器、紙帶、鐵釘?shù)?實驗步驟(1)墊高木板的一端，平衡摩擦力(2)拉伸的橡皮筋對小車做功：用一條橡皮筋拉小車做功W.用兩條橡皮筋

2、拉小車做功2W.用三條橡皮筋拉小車做功3W.(3)測出每次做功后小車獲得的速度(4)分別用各次實驗測得的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實驗結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系Wmv2.規(guī)律方法總結(jié)1實驗注意事項(1)將木板一端墊高，使小車的重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡方法是輕推小車，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否做勻速運動，找到長木板的一個合適的傾角(2)測小車速度時，應(yīng)選紙帶上的點均勻的部分，也就是選小車做勻速運動的部分(3)橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的力對小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計算出具體數(shù)值(4)小車質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶

3、上打的點多一些2實驗探究的技巧與方法(1)不直接計算W和v的數(shù)值，而只是看第2次、第3次實驗中的W和v是第1次的多少倍，簡化數(shù)據(jù)的測量和處理(2)做Wv圖象，或Wv2、Wv3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線考點一實驗原理與實驗操作例1(2014天津9(2)某同學(xué)把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細(xì)繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車在鉤碼的牽引下運動，以此定量探究繩拉力做功與小車動能變化的關(guān)系此外還準(zhǔn)備了打點計時器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫紙、紙帶、小木塊等組裝的實驗裝置如圖1所示圖1若要完成該實驗，必需的實驗器材還有哪些_實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)?/p>

4、引小車的細(xì)繩與木板平行他這樣做的目的是下列的哪個_(填字母代號)A避免小車在運動過程中發(fā)生抖動B可使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C可以保證小車最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運動D可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個鉤碼牽引小車時，發(fā)現(xiàn)小車運動過快，致使打出的紙帶上點數(shù)較少，難以選到合適的點計算小車速度，在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請你利用本實驗的器材提出一個解決辦法：_.他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增量大一些這一情況可能是下列哪些原因造成的_(填字母代號)A在接通電源的同時釋放了小車B小車釋放時離打點計時器太近C阻力未

5、完全被小車重力沿木板方向的分力平衡掉D鉤碼做勻加速運動，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力解析本實驗需要知道小車的動能，因此還需要用天平測出小車的質(zhì)量，用刻度尺測量紙帶上點跡之間的長度，求出小車的瞬時速度牽引小車的細(xì)繩與木板平行的目的是在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車受的合力，選項D正確在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下要減小小車加速度可以增加小車的質(zhì)量，故可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)當(dāng)小車在運動過程中存在阻力時，拉力做正功和阻力做負(fù)功之和等于小車動能增量，故拉力做功總是要比小車動能增量大一些；當(dāng)鉤碼加速運動時，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力，此同學(xué)將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，則拉力做功要比小車動能增量大，故只

6、有C、D正確答案刻度尺、天平(包括砝碼)D可在小車上加適量砝碼(或鉤碼)CD變式題組1實驗原理與實驗操作某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗如圖2所示，圖中小車是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為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次實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，每次實驗中小車獲得的速度根據(jù)打點計時器所打在紙帶上的點進(jìn)行計算圖2(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導(dǎo)線、開關(guān)、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)電源(2)實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確的是()A放開小車，能夠

7、自由下滑即可B放開小車，能夠勻速下滑即可C放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可D放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當(dāng)小車速度最大時，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置，下列說法正確的是()A橡皮筋處于原長狀態(tài)B橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)C小車在兩個鐵釘?shù)倪B線處D小車已過兩個鐵釘?shù)倪B線(4)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測量(根據(jù)如圖3所示的紙帶回答)圖3答案(1)交流(2)D(3)B(4)GJ解析(1)打點計時器使用的是交流電源(2)平衡摩擦力時，應(yīng)將紙帶穿過打點計時器，放開拖著紙

8、帶的小車，小車能夠勻速下滑即可，D正確(3)水平放置木板，放開小車后，小車做加速運動，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時，小車的速度最大，此時橡皮筋仍處于伸長狀態(tài)，小車沒過兩個鐵釘?shù)倪B線，B正確，A、C、D錯誤(4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測量2實驗原理與實驗操作某實驗小組采用如圖4所示的裝置來探究“功與速度變化的關(guān)系”實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達(dá)地面實驗的部分步驟如下：圖4a將一塊一端帶有定滑輪的長木板固定在桌面上，在長木板的另一端固定一打點計時器；b把紙帶穿過打點計時器的限位孔，連在小車后端，用細(xì)繩跨過定滑輪連接小車和鉤碼；c把小車?yán)娇?/p>

9、近打點計器的位置，接通電源，從靜止開始釋放小車，得到一條紙帶；d關(guān)閉電源，通過分析小車位移與速度的變化關(guān)系(不需要知道合外力大小)來研究合外力對小車所做的功與速度變化的關(guān)系(1)下列關(guān)于實驗過程的描述正確的是_A實驗中應(yīng)控制鉤碼的質(zhì)量，使其遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量B實驗前應(yīng)調(diào)節(jié)好定滑輪的高度，使拉小車的細(xì)繩和長木板平行C實驗前應(yīng)把長木板右端適當(dāng)墊高，以平衡摩擦力D實驗時應(yīng)先讓小車運動，等小車運動一段時間后再接通打點計時器的電源(2)實驗中，該小組同學(xué)畫出小車位移x與小車速度v的關(guān)系圖象如圖5所示，根據(jù)該圖形狀，某同學(xué)對W與v的關(guān)系作出了猜想，肯定不正確的是_圖5AWvBWv2CWDWv3答案(1)B

10、(2)AC解析(1)解決該實驗題首先要明白該實驗的實驗原理該實驗是利用小車所受到的合外力做的功等于小車動能的變化量的關(guān)系進(jìn)行實驗的，即Fxmv2，由此可以看出，實驗中鉤碼的質(zhì)量不會影響實驗的結(jié)果，選項A錯誤；在實驗中，拉小車的細(xì)繩應(yīng)與長木板平行，以保證拉力的方向與位移的方向在一條直線上，這樣可以有效地減小誤差，選項B正確；該實驗不需要平衡摩擦力，因為無論鉤碼的質(zhì)量多大，細(xì)繩對小車的拉力與摩擦力的合力在每一次實驗中都為恒力，均可滿足Fxmv2的要求，故選項C錯誤；應(yīng)先接通電源，等打點計時器工作穩(wěn)定后再釋放小車，選項D錯誤(2)如果Wv，xv圖象應(yīng)該是一條過原點的直線；如果W，xv圖象應(yīng)該是雙曲線

11、的一支，故肯定不正確的是選項A、C.考點二數(shù)據(jù)處理與誤差分析例2如圖6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”的實驗，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，橡皮筋對小車做的功記為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次實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打點的紙帶測出圖6(1)除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有_；(2)平衡摩擦力后，每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_部分進(jìn)行測量；(3)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2次、第3次實驗中橡

12、皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置；橡皮筋做的功10個間距的距離x(m)10個間距的時間T(s)小車獲得的速度vn小車速度的平方v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_，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖7所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性圖7解析(1)計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離，要用刻度尺打點計時器需要交流電源.(2)小車勻速運動時，紙帶上的點的間隔均勻(3)橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加W.(4)縱坐標(biāo)表示速度的平方，橫坐標(biāo)表示功，利用描

13、點法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點，然后用平滑曲線連線作出vWn圖象，如圖所示答案(1)刻度尺、交流電源 (2)點距均勻(3)2W、3W、4W、5W(4)v圖象見解析變式題組3實驗數(shù)據(jù)的處理(2013四川8(2)如圖8所示，某組同學(xué)借用“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”的相關(guān)實驗思想、原理及操作，進(jìn)行“研究合外力做功和動能變化的關(guān)系”的實驗：圖8為達(dá)到平衡阻力的目的，取下細(xì)繩及托盤，通過調(diào)整墊片的位置，改變長木板的傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做_運動連接細(xì)繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到如圖9所示的紙帶紙帶上O為小車運動起始時刻所打的點，選取時間間隔為0.1 s的相鄰計數(shù)點A、B、C、D、E、F、

14、G.實驗時小車所受拉力為0.2 N，小車的質(zhì)量為0.2 kg.圖9請計算小車所受合外力做的功W和小車動能的變化Ek，補(bǔ)填表中空格(結(jié)果保留至小數(shù)點后第四位).OBOCODOEOFW/J0.043 20.057 20.073 40.091 5Ek/J0.043 00.057 00.073 40.090 7分析上述數(shù)據(jù)可知：在實驗誤差允許的范圍內(nèi)WEk，與理論推導(dǎo)結(jié)果一致實驗前已測得托盤質(zhì)量為7.7103 kg，實驗時該組同學(xué)放入托盤中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為_kg(g取9.8 m/s2，結(jié)果保留至小數(shù)點后第三位)答案勻速直線(或勻速)0.111 50.110 50.015解析取下細(xì)繩與托盤后，當(dāng)摩擦力恰好

15、被平衡時，小車與紙帶所受合力為零，獲得初速度后應(yīng)做勻速直線運動由題圖可知55.75 cm，再結(jié)合v可得打下計數(shù)點F時的瞬時速度vF1.051 m/s，故WF0.111 5 J，EkMv0.110 5 J.根據(jù)牛頓第二定律有：對小車FMa，得a1.0 m/s2；對托盤及砝碼(mm0)gF(mm0)a，故有mm0 kg7.7103 kg0.015 kg4數(shù)據(jù)處理與誤差分析某同學(xué)為探究“合力做功與物體動能改變的關(guān)系”設(shè)計了如下實驗，他的操作步驟如下：(1)按如圖10所示安裝好實驗裝置，其中小車質(zhì)量M0.20 kg，鉤碼總質(zhì)量m0.05 kg.圖10(2)釋放小車，然后接通打點計時器的電源(電源頻率f

16、50 Hz)，打出一條紙帶(3)他在多次重復(fù)實驗得到的紙帶中取出自認(rèn)為滿意的一條，如圖11所示把打下的第一個點記作0，然后依次取若干個計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間還有4個點未畫出，用厘米刻度尺測得各計數(shù)點到0點的距離分別為d10.041 m，d20.055 m，d30.167 m，d40.256 m，d50.360 m，d60.480 m，他把鉤碼的重力(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭10 m/s2)作為小車所受合力，算出打下0點到打下第5點合力做功W_J(結(jié)果保留三位有效數(shù)字，重力加速度g取10 m/s2)，打第5點時小車的動能Ek_(用相關(guān)數(shù)據(jù)前字母列式)，把打下第5點時小車的動能作為小車動能的改變量，算得Ek

17、0.125 J.圖11(4)此次實驗探究的結(jié)果，他沒能得到“合力對物體做的功等于物體動能的增量”，且誤差很大通過反思，他認(rèn)為產(chǎn)生誤差的原因如下，其中正確的是_A鉤碼質(zhì)量太大，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多B沒有平衡摩擦力，使得合力對物體做功的測量值比真實值偏大太多C釋放小車和接通電源的順序有誤，使得動能增量的測量值比真實值偏小D沒有使用最小刻度為毫米的刻度尺測距離也是產(chǎn)生此誤差的重要原因答案(3)0.180(d6d4)2(4)AB解析若用鉤碼的重力作為小車所受的合力，則F合mg0.5 N，從0點到打第5點時水平位移xd50.360 m，所以WF合x0.50.360 J0.180 J

18、打第5點時小車動能EkMv，v5，式中t為5個時間間隔，即t，故Ek(d6d4)2.從該同學(xué)的實驗操作情況來看，造成很大誤差的主要原因是把鉤碼的重力當(dāng)成了小車的合力和實驗前沒有平衡摩擦力故選項A、B正確C、D兩個選項中提到的問題不能對實驗結(jié)果造成重大影響，故不選C、D.考點三實驗拓展與創(chuàng)新1本實驗中雖然不需要計算出橡皮筋每次做功的具體數(shù)值，但需要計算出每次小車獲得的速度，由于距離的測量存在一定誤差，使得速度的大小不準(zhǔn)確，在此可以安裝速度傳感器進(jìn)行實驗2本實驗也可用鉤碼牽引小車完成，在小車上安裝拉力傳感器測出拉力的大小，再測出位移的大小，進(jìn)而確定力做功的多少例3某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感

19、器探究“外力做功與物體動能變化的關(guān)系”如圖12所示，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細(xì)線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，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(A、B兩點圖中未標(biāo)出)各安裝一個速度傳感器，記錄小車通過A、B時的速度大小小車中可以放置砝碼圖12(1)實驗主要步驟如下：測量_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，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路將小車停在桌面右端靠近打點計時器處，_，小車在細(xì)線拉動下運動，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時的速度在小車中增加砝碼，或_，重復(fù)的操作(2)表格中是他們測得的幾組數(shù)據(jù)

20、，其中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，|vv| 是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量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)數(shù)據(jù)記錄表次數(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，請在圖13中的方格紙上作出EW圖線圖13解析(1)在實驗過程中拉力對小車、砝碼和拉力

21、傳感器做功使小車、砝碼和拉力傳感器的動能增加，所以需要測量小車、砝碼和拉力傳感器的總質(zhì)量；通過控制變量法只改變小車的質(zhì)量或只改變拉力的大小得出不同的數(shù)據(jù)(2)通過拉力傳感器的示數(shù)和AB的長度l，用WFl可計算拉力做的功(3)利用圖象法處理數(shù)據(jù)，由動能定理Wm(vv)可知W與E成正比，作圖可用描點法答案(1)小車、砝碼 接通電源，釋放小車減少鉤碼(2)0.6000.610(3)如圖所示拓展題組5實驗的拓展(2013新課標(biāo)全國22)某同學(xué)利用下述裝置對輕質(zhì)彈簧的彈性勢能進(jìn)行探究：一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一小球接觸而不固連彈簧處于原長時，小球恰好在桌面邊緣，如圖14所示向

22、左推小球，使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放，小球離開桌面后落到水平地面通過測量和計算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能圖14回答下列問題：(1)本實驗中可認(rèn)為，彈簧被壓縮后的彈性勢能Ep與小球拋出時的動能Ek相等已知重力加速度大小為g.為求得Ek，至少需要測量下列物理量中的_(填正確答案標(biāo)號)A小球的質(zhì)量mB小球拋出點到落地點的水平距離sC桌面到地面的高度hD彈簧的壓縮量xE彈簧原長l0(2)用所選取的測量量和已知量表示Ek，得Ek_.(3)圖15中的直線是實驗測量得到的sx圖線從理論上可推出，如果h不變m增加，sx圖線的斜率會_(填“增大”、“減小”或“不變”)：如果m不變，h增加，sx圖線的斜率

23、會_(填“增大”、“減小”或“不變”)由圖中給出的直線關(guān)系和Ek的表達(dá)式可知，Ep與x的_次方成正比圖15答案(1)ABC(2)(3)減小增大二解析(1)小球離開桌面后做平拋運動，設(shè)桌面到地面的高度為h，小球拋出點到落地點的水平距離為s，則有hgt2，sv0t，解得v0s所以Ekmv.由此可知需要測量的量有m、s、h，故選A、B、C.(2)由(1)的解析知Ek.(3)在 x相同的情形下，彈簧的彈性勢能相同，由Epmv可知：在m增加時，速度v0減小，因而h不變時s減小，故圖線的斜率減小m不變時，v0不變，h增加時，時間變長，s變大，故圖線的斜率增大由sx圖象可知，s正比于x，即skx.則Epmv

24、x2kx2所以Ep與x的二次方成正比6實驗創(chuàng)新為了“探究動能改變與合外力做功”的關(guān)系，某同學(xué)設(shè)計了如下實驗方案：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的滑塊通過細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾重錘跨過定滑輪相連，重錘夾后連一穿過打點計時器的紙帶，調(diào)整木板傾角，直到輕推滑塊后，滑塊沿木板向下勻速運動，如圖16甲所示第二步：保持長木板的傾角不變，將打點計時器安裝在長木板靠近滑輪處，取下細(xì)繩和重錘，將滑塊與紙帶相連，使紙帶穿過打點計時器，然后接通電源，釋放滑塊，使之從靜止開始向下加速運動，打出紙帶，如圖乙所示打出的紙帶如圖丙所示圖16請回答下列問題：(1)已知O、A、B、C、D、E、F相鄰計數(shù)點

25、間的時間間隔為t，根據(jù)紙帶求滑塊運動的速度，打點計時器打B點時滑塊運動的速度vB_.(2)已知重錘質(zhì)量為m，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間，要測出某一過程合外力對滑塊做的功還必須測出這一過程滑塊_(寫出物理名稱及符號，只寫一個物理量)，合外力對滑塊做功的表達(dá)式W合_.(3)算出滑塊運動OA、OB、OC、OD、OE段合外力對滑塊所做的功W以及在A、B、C、D、E各點的速度v，以v2為縱軸、W為橫軸建立直角坐標(biāo)系，描點作出v2W圖象，可知該圖象是一條_，根據(jù)圖象還可求得_答案(1)(2)下滑的位移xmgx(3)過原點的直線滑塊的質(zhì)量M解析(1)由打出的紙帶可知B點的速度為vB；(2)由做功定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移x，由動能定理可知W合Ek，即mgxEk；(3)v2W圖象應(yīng)該為一條過原點的直線，根據(jù)EkMv2可求得M的值- 13 -