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1、實驗五探究動能定理實驗五探究動能定理01主干回顧固基礎(chǔ)【實驗?zāi)康摹?探究外力對物體做功與物體速度的關(guān)系2通過實驗數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系【實驗原理】1不是直接測量對小車做功，而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對小車做功W、2W、3W.2由于橡皮筋做功而使小車獲得的速度可以由紙帶和打點計時器測出，也可以用其他方法測出這樣，進行若干次測量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)3以橡皮筋對小車做的功為縱坐標(biāo)，小車獲得的速度為橫坐標(biāo)，作出Wv曲線，分析這條曲線，可以得知橡皮筋對小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系【實驗器材】小車(前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼、長木板(在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶ΨQ位置釘

2、兩個鐵釘)、打點計時器、紙帶、學(xué)生電源(使用電火花計時器時不用學(xué)生電源)、導(dǎo)線、56條等長的橡皮筋、刻度尺【實驗步驟】1按如圖所示將實驗儀器安裝好，同時平衡摩擦力2先用一條橡皮筋做實驗，用打點計時器和紙帶測出小車獲得的速度v1，設(shè)此時橡皮筋對小車做功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3用兩條橡皮筋做實驗，實驗中橡皮筋拉伸的長度與第一次相同，設(shè)此時橡皮筋對小車做的功為W2，測出小車獲得的速度v2，將數(shù)據(jù)記入表格 4用三條、四條橡皮筋做實驗，用同樣的方法測出功和速度，記入表格 (2)實驗數(shù)據(jù)記錄橡皮筋條數(shù)橡皮筋條數(shù)位移位移x/m時間時間t/s速度速度v/(ms1)速度平方速度平方v2/(m2s2) (

3、3)實驗數(shù)據(jù)處理及分析：在坐標(biāo)紙上(如圖所示)畫出Wv和Wv2圖線(“W”以一根橡皮筋做的功為單位) (4)實驗結(jié)論：從圖象可知，功與物體速度變化的關(guān)系為Wv2.【誤差分析】1誤差的主要來源是橡皮筋的長度、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沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大3利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差.類型類型產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因 減小方法減小方法偶然誤差偶然誤差小車速度的測量誤差小車速度的測量誤差多次測量多次測量x，求平均值，求平均值 摩擦力做功摩擦力做功 平衡摩擦力適當(dāng)平衡摩擦力適當(dāng)系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差 橡皮筋的長度、粗細(xì)不一橡皮筋的長度、粗細(xì)不一

4、選規(guī)格相同的橡皮筋選規(guī)格相同的橡皮筋【注意事項】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，由打點計時器打在紙帶上的點的均勻程度判斷小車是否勻速運動，找到木板一個合適的傾角2選點測速：測小車速度時，紙帶上的點應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的3規(guī)格相同：橡皮筋規(guī)格相同時，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開始實驗時，小車應(yīng)靠近打點計時器，并且要先接通電源再釋放小車 5選擇小車時，小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些，使紙帶上打的點多一些【實驗改進】1本實驗中物體運動速度可以使用速度傳感器直接采集，比用打點計時器方便快捷且誤差較

5、小2可以把長木板換成氣墊導(dǎo)軌，省略平衡摩擦力的操作步驟，達(dá)到簡化實驗過程的目的02典例突破知規(guī)律考點1對實驗原理的理解典例透析“探究動能定理”的實驗裝置如圖甲所示，當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時，橡皮筋對小車做的功記為W0.當(dāng)用4條、6條、8條完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、第4次實驗時，橡皮筋對小車做的功記為2W0、3W0、4W0，每次實驗中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點計時器所打的紙帶測出 (1)(多選)關(guān)于該實驗，下列說法正確的是() A打點計時器可以用直流電源供電，電壓為46 V B實驗中使用的若干條橡皮筋的原長可以不相等 C每次實驗中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出

6、(2)圖乙給出了某次在正確操作情況下打出的紙帶，從中截取了測量物體最大速度所用的一段紙帶，測得O點到A、B、C、D、E各點的距離分別為OA5.65 cm，OB7.12 cm，OC8.78 cm，OD10.40 cm，OE11.91 cm.已知相鄰兩點打點時間間隔為0.02 s，則小車獲得的最大速度vm_m/s.嘗試解答(1)CD_(2)0.82(1)打點計時器一定用交流電源，A錯誤；實驗中一定要用相同的橡皮筋，B錯誤；每次實驗中，應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出，C正確；在探究小車最大速度和橡皮筋做功W的關(guān)系時，要作出各種不同的可能關(guān)系圖象，得出合力做功與物體速度變化的關(guān)系，D正確 變式訓(xùn)練 (多

7、選)在用如圖所示裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實驗時，下列說法正確的是() A某同學(xué)在一次實驗中，得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點，兩端密、中間疏出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小 B每次實驗必須設(shè)法算出橡皮筋對小車做功的具體數(shù)值 C每次實驗中，橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致 D利用紙帶上的點計算小車的速度時，應(yīng)選用紙帶上打點均勻部分進行計算解析：由該實驗的實驗原理可知選項A正確；實驗中，沒必要測出每次實驗橡皮筋做功的具體數(shù)值，只需要保證每次實驗時橡皮筋的拉伸長度與第一次相同，從而測出以后各次實驗時橡皮筋做的功是第一次實驗時的多少倍就可以了，選項B、C錯誤；小車無拉力時做勻

8、速直線運動，所以要選用紙帶上打點均勻部分來計算小車的速度，選項D正確答案：AD考點2實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析典例透析某學(xué)校研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)采用如圖所示的實驗裝置探究小車動能變化與合外力對它所做的功的關(guān)系圖中A為小車，連接在小車后面的紙帶穿過打點計時器B的限位孔，它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長的木板上，C為彈簧測力計，不計繩與滑輪間的摩擦點跡點跡s/cmv2/m2s20/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23 請以v2為縱坐標(biāo)，以s為橫坐標(biāo)在方格紙中作出v2s圖象若測出小車質(zhì)量為0.2 kg，結(jié)合圖象可求得小車所受合外力的大小為

9、_N；若該同學(xué)通過計算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測力計讀數(shù)，明顯超出實驗誤差的正常范圍你認(rèn)為主要原因是_，實驗操作中改進的措施是_ 嘗試解答圖象如下圖所示_0.25_小車滑行時所受摩擦阻力較大_使長木板傾斜一定的角度以平衡摩擦力 變式訓(xùn)練 某實驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能定理”如圖所示，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 (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

10、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C點，_，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 數(shù)據(jù)記錄表次數(shù)次數(shù)M/kg|vv|/m2s2E/JF/NW/J10.5000.760.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.2002.4201.21051.0002.841.4202.8601.430 (3)根據(jù)表格，請在圖中的方格紙上作出EW圖線答案：(1)小車釋放小車減少砝碼(2)0.600 J0.610 J(3)見解析

11、圖考點3創(chuàng)新實驗設(shè)計典例透析2013四川高考如圖1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，進行“探究合外力做功和動能變化的關(guān)系”的實驗：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，改變長木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做_運動圖圖1 連接細(xì)繩及托盤，放入砝碼，通過實驗得到圖2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、G.實驗時小車所受拉力為0.2 N，小車的質(zhì)量為0.2 kg.圖圖2 請計算小車所受合外力做的功W和小車動能的變化量Ek，補填表中空格(結(jié)果保留至小數(shù)點后第四

12、位).OBOCODOEOFW/J0.04320.05720.07340.0915Ek/J0.04300.05700.07340.0907 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) 必備知識 1.熟練把握“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”、“探究動能定理”的相關(guān)實驗思想、原理及操作； 2.能夠熟練把握牛頓第二定律、探究動能定理的應(yīng)用； 3.能熟練運用列表法和圖象法處理實驗數(shù)據(jù)嘗試解答勻速直線(或勻速)_0.1115_0.1105_0.0

13、15平衡摩擦力是否完全，可通過打出的紙帶來判斷，如果小車所受的摩擦力被完全平衡了，那么小車是做勻速直線運動的，紙帶上打出的點跡間隔分布是均勻的探究動能定理實驗的創(chuàng)新圖象(1)WEk圖象根據(jù)WEk可得到如圖3所示的圖象，該圖象是一條傾角為45的直線，該圖象反映了物體所受合外力做的功等于物體動能的變化量(3)Eks圖象根據(jù)EkF合s可得到如圖5所示的圖象，由該圖象可知物體動能的變化量與物體在發(fā)生這一動能變化通過的位移成正比該圖象斜率為kF合，表示物體所受的合外力變式訓(xùn)練2013重慶高考我國艦載飛機在“遼寧艦”上成功著艦后，某課外活動小組對艦載飛機利用阻攔索著艦的力學(xué)問題很感興趣他們找來了木板、鋼球、鐵釘、橡皮條以及墨水，制作了如圖所示的裝置，準(zhǔn)備定量研究鋼球在橡皮條阻攔下前進的距離與被阻攔前速率的關(guān)系要達(dá)到實驗?zāi)康?，需直接測量的物理量是鋼球由靜止釋放時的_和在橡皮條阻攔下前進的距離，還必須增加的一種實驗器材是_忽略鋼球所受的摩擦力和空氣阻力，重力加速度已知，根據(jù)_定律(定理)，可得到鋼球被阻攔前的速率答案：答案：高度高度(距水平木板的高度距水平木板的高度)刻度尺機械能守恒刻度尺機械能守恒(動能動能)