實(shí)驗(yàn)四探究動能定理1實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄抗εc物體速度變化的關(guān)系2實(shí)驗(yàn)原理(如圖1所示)圖1(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(diǎn)計時器求出小車離開橡皮筋的速度，列表、作圖，由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系3實(shí)驗(yàn)器材橡皮筋、小車、木板、打點(diǎn)計時器、紙帶、鐵釘?shù)?實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系Wmv2.6實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(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(diǎn)計時器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做勻速運(yùn)動，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(diǎn)跡均勻的部分，也就是選小車做勻速運(yùn)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，使紙帶上打的點(diǎn)多一些7實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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)作Wv圖象，或Wv2、Wv3圖象，直到作出的圖象是一條傾斜的直線命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)例1(2018淮安市、宿遷市等期中)用圖2甲所示裝置探究“做功與物體速度變化的關(guān)系”，A、B是固定在長直木板上的兩個鐵釘實(shí)驗(yàn)時，小車在橡皮筋的作用下彈出，沿木板滑行，通過改變橡皮筋的條數(shù)改變做功的多少，再根據(jù)紙帶上的打點(diǎn)確定小車對應(yīng)運(yùn)動的速度，進(jìn)而探究做功與物體速度變化的關(guān)系圖2(1)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的下列說法中，正確的有_A需要測出小車的質(zhì)量mB需要選擇相同的橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)C需要測出每根橡皮筋對小車所做的功WD改變橡皮筋條數(shù)時小車必須從同一位置由靜止釋放(2)實(shí)驗(yàn)中得到一根紙帶如圖乙所示，1、2、3是按時間先后順序標(biāo)出的計數(shù)點(diǎn)(每兩個相鄰計數(shù)點(diǎn)間還有4個打點(diǎn)未畫出)，造成圖乙各計數(shù)點(diǎn)間距不相等的原因可能是_由圖乙所示的紙帶可知，該小車達(dá)到最大速度時，橡皮筋的伸長量_(選填“大于零”或“等于零”)(3)該小組用新、舊兩組橡皮筋分別做實(shí)驗(yàn)，正確實(shí)驗(yàn)操作得到橡皮筋的條數(shù)n與小車對應(yīng)速度v的多組數(shù)據(jù)，作出v2n的圖象如圖丙中的C、D所示，則用新橡皮筋得出的圖象是_(選填“C”或“D”)，根據(jù)該圖象可以得出的結(jié)論是_答案(1)BD(2)沒有平衡摩擦或是沒有完全平衡摩擦大于零(3)Cv2與n成正比(或v2與橡皮筋對小車所做的功成正比)解析(1)此實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的是Wmv2，即Wv2，則此實(shí)驗(yàn)中不需要測出小車的質(zhì)量m，選項(xiàng)A錯誤；為了保證每條橡皮筋對小車做的功都一致，實(shí)驗(yàn)中需要選擇相同的橡皮筋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，選項(xiàng)B正確；實(shí)驗(yàn)中不需要測出每根橡皮筋對小車所做的功W，選項(xiàng)C錯誤；改變橡皮筋條數(shù)時小車必須從同一位置由靜止釋放，選項(xiàng)D正確(2)實(shí)驗(yàn)中若平衡了摩擦力，則小車在橡皮筋的作用下先加速運(yùn)動，脫離橡皮筋后做勻速運(yùn)動，則造成題圖乙各計數(shù)點(diǎn)間距不相等的原因可能是沒有平衡摩擦或是沒有完全平衡摩擦；由題圖乙所示的紙帶可知，由于沒有平衡摩擦力或沒有完全平衡摩擦，該小車達(dá)到最大速度時，加速度為零，此時橡皮筋仍有彈力，即伸長量不為零(3)舊橡皮筋的彈力小于新橡皮筋，則用同樣數(shù)量的新、舊橡皮筋做實(shí)驗(yàn)時，新橡皮筋使小車得到的速度較大，由圖象可知用新橡皮筋得出的圖象是C，根據(jù)該圖象可以得出的結(jié)論是：v2與n成正比(或v2與橡皮筋對小車所做的功成正比)命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新1做功方式的創(chuàng)新2測量方式的創(chuàng)新例2(2018蘇錫常鎮(zhèn)二模)某同學(xué)用圖3甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究“恒力做功與小車動能變化的關(guān)系”圖3(1)為了能用砂和砂桶的總重力所做的功表示小車所受拉力做的功，本實(shí)驗(yàn)中小車質(zhì)量M_(填“需要”或“不需要”)遠(yuǎn)大于砂和砂桶的總質(zhì)量m.(2)圖乙為實(shí)驗(yàn)得到的一條清晰的紙帶，A、B、C、D、E、F、G是紙帶上7個連續(xù)的點(diǎn)，sAD_cm.已知電源頻率為50Hz，則打點(diǎn)計時器在打D點(diǎn)時紙帶的速度v_m/s(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(3)該同學(xué)畫出小車動能變化與拉力對小車所做的功的EkW關(guān)系圖象，由于實(shí)驗(yàn)前遺漏了平衡摩擦力這一關(guān)鍵步驟，他得到的實(shí)驗(yàn)圖線(實(shí)線)應(yīng)該是_答案(1)需要(2)2.100.50(3)D變式(2018鹽城市三模)某同學(xué)利用如圖4所示的氣墊導(dǎo)軌裝置探究“恒力做功與物體動能變化間的關(guān)系”在氣墊導(dǎo)軌上安裝了光電門，滑塊上固定寬度為d的遮光條，用細(xì)線繞過定滑輪將質(zhì)量為M200g的滑塊(含遮光條)與質(zhì)量為m30g的重物相連，細(xì)線與導(dǎo)軌平行實(shí)驗(yàn)時滑塊每次都從同一位置A處由靜止釋放，用x表示滑塊從靜止開始到通過光電門的位移大小，用t表示遮光條通過光電門的時間改變光電門在氣墊導(dǎo)軌上的位置，測量不同x所對應(yīng)遮光條通過光電門的時間t，再分別計算拉力做的功W和滑塊通過光電門時的動能Ek.圖4(1)實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平的目的是_(2)將重物的重力視為滑塊受到的拉力，取g9.80m/s2，用Wmgx計算出拉力對滑塊做的功W，并計算出滑塊動能增量Ek.計算結(jié)果見下表：W/103J7.358.8210.2911.7613.2314.70Ek/103J6.397.678.9510.2311.5012.78(WEk)/103J0.961.151.341.531.731.92實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ek總是小于W.你認(rèn)為這是_(選填“偶然”或“系統(tǒng)”)誤差，簡要說明你的理由：_.進(jìn)一步研究表明，拉力對小車做的功W和小車動能增量Ek的差值(WEk)隨x增大而增大，用題中滑塊和重物的質(zhì)量可計算出(WEk)與x的比值_N(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)答案(1)保證滑塊重力不做功(2)系統(tǒng)Ek總是小于W，而不是或大或小，是系統(tǒng)誤差0.038命題點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)拓展用動能定理測動摩擦因數(shù)例3(2018南京師大附中5月模擬)某研究小組設(shè)計了一種“用一把刻度尺測量質(zhì)量為m的小物塊Q與平板P之間動摩擦因數(shù)”的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5甲所示圖5AB是半徑足夠大的四分之一圓弧軌道，與水平固定放置P板的上表面BC在B點(diǎn)相切，C點(diǎn)在水平地面的垂直投影為C.重力加速度為g.實(shí)驗(yàn)步驟如下：用刻度尺測量BC長度為L和CC高度為h；先不放置平板P(如圖乙)使圓弧AB的末端B位于C的正上方，將物塊Q在A點(diǎn)由靜止釋放，在物塊Q落地處標(biāo)記其落地點(diǎn)D；重復(fù)步驟，共做10次；用半徑盡量小的圓將10個落地點(diǎn)圍住，用毫米刻度尺測量圓心到C的距離s；放置平板P(如圖甲)，將物塊Q由同一位置A由靜止釋放，在物塊Q落地處標(biāo)記其落地點(diǎn)D；重復(fù)步驟，共做10次；用半徑盡量小的圓將10個落地點(diǎn)圍住，用毫米刻度尺測量圓心到C的距離l.(1)實(shí)驗(yàn)步驟的目的是_(2)用實(shí)驗(yàn)中的測量量表示：物塊Q滑到B點(diǎn)時的動能EkB_.(3)物塊Q與平板P之間的動摩擦因數(shù)_.(4)已知實(shí)驗(yàn)測得的值與實(shí)際值不等，其原因除了實(shí)驗(yàn)中測量的誤差之外，其他的原因可能是_(寫出一個可能的原因即可)答案(1)減小誤差(2)(3)(4)見解析解析(1)實(shí)驗(yàn)步驟的目的，是通過多次實(shí)驗(yàn)減小實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差；(2)在不放平板P時，物塊從B點(diǎn)飛出做平拋運(yùn)動，在水平方向上有svBt，在豎直方向上有hgt2，解得EkBmv；(3)當(dāng)加上平板P時，物塊從C點(diǎn)飛出，做平拋運(yùn)動，故EkCmv，根據(jù)動能定理可得mgLmvmv，解得；(4)其原因除了實(shí)驗(yàn)中測量的誤差之外，其他的可能是圓弧軌道存在摩擦，接縫B處不平滑，存在空氣阻力等.1(2019淮陰中學(xué)模擬)在“探究動能定理”的實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖6甲所示的裝置，在水平氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩個光電門M、N，滑塊上固定一遮光條，細(xì)線繞過定滑輪與滑塊、力傳感器相連，力傳感器下方懸掛鉤碼，已知遮光條的寬度為d，滑塊和遮光條的總質(zhì)量為m.圖6(1)接通氣源，滑塊從A位置由靜止釋放，讀出遮光條通過光電門M、N的時間分別為t1、t2，力傳感器的示數(shù)為F，改變鉤碼質(zhì)量，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)為探究在M、N間運(yùn)動過程中細(xì)線拉力對滑塊做的功W和滑塊動量增量Ek的關(guān)系，還需要測量的物理量為_(寫出名稱及符號)；利用實(shí)驗(yàn)中直接測量的物理量表示需探究的關(guān)系式為_(2)保持鉤碼的質(zhì)量不變，改變光電門N的位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出從M到N的過程中細(xì)線拉力對滑塊做的功W與滑塊到達(dá)N點(diǎn)時速度的二次方v2的關(guān)系圖象，如圖乙所示，則圖線的斜率表示_，圖線在橫軸上的截距表示_(3)下列不必要的實(shí)驗(yàn)操作和要求有_A測量鉤碼的質(zhì)量B調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平C調(diào)節(jié)滑輪細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行D保證滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量答案(1)兩個光電門的間距LFLmd2()(2)滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方(3)AD解析(1)實(shí)驗(yàn)要求拉力F做的功，根據(jù)WFL，需要測量兩個光電門的間距；拉力F做的功：WFL，通過兩個光電門的速度分別為：vM、vN；故動能增加量為：Ekmvmvmd2()；故需要探究的關(guān)系式為：FLmd2()；(2)根據(jù)動能定理，有：Wmv2mv，故Wv2圖象的斜率為，當(dāng)W0時，有：v2v，故圖線在橫軸上的截距表示滑塊經(jīng)過光電門M時速度的二次方；(3)由于有力傳感器直接測量力的大小，故不需要測量鉤碼質(zhì)量，不需要保證滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量，故A、D步驟不是必須的；調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，可以保證合力等于拉力，故B步驟是必須的；調(diào)節(jié)滑輪細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行，保證拉力水平，故C步驟是必須的2(2018無錫市高三期末)利用圖7所示的實(shí)驗(yàn)裝置“探究合力做功與動能變化的關(guān)系”圖7(1)為了消除打點(diǎn)計時器和木板對小車阻力的影響，需要平衡阻力關(guān)于該操作環(huán)節(jié)，下列四種裝置圖中正確的是_(2)甲小組同學(xué)正確平衡了阻力，選取的砝碼和盤的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M，取砝碼和盤的總重力值作為繩子的拉力值，按正確操作得到圖8所示的一條紙帶在紙帶上選取三個連續(xù)計時點(diǎn)A、B、C，測得它們到靜止釋放的起始點(diǎn)O的距離分別為sA、sB、sC，打點(diǎn)計時器的工作頻率為f，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，從O到B的運(yùn)動過程中，拉力對小車做功W_，小車動能變化量Ek_.圖8(3)乙小組同學(xué)也正確平衡了阻力，但并未保證選取的砝碼和盤的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量M.在處理數(shù)據(jù)時，他們也取砝碼和盤的總重力值作為繩子的拉力值，并采用圖象法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析：在紙帶上選取多個計數(shù)點(diǎn)，測量靜止釋放的起始點(diǎn)O到每個計數(shù)點(diǎn)的距離，并計算出每個計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的小車速度v以及從O點(diǎn)到該計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)的過程中繩子拉力所做的功W.他們作出的圖線為_答案(1)B(2)mgsB(3)B3(2018鹽城中學(xué)質(zhì)檢)我國的第三艘航空母艦正在建造之中，其艦載機(jī)將采用彈射起飛方式，為了研究彈射器做功對飛機(jī)起飛速度的影響，某研究性學(xué)習(xí)小組用氣墊導(dǎo)軌，光電門等器材做了如下實(shí)驗(yàn)：圖9A用橡皮筋模擬彈射器，由于橡皮筋做的功不易測量，他們運(yùn)用了一種叫做“倍分法”的思想：使用同種規(guī)格的橡皮筋，先后用一根、兩根、三根去彈射滑塊，每次都將橡皮筋拉伸到同一位置釋放，這樣橡皮筋對滑塊做的功分別為W0、2W0、3W0；B如圖9所示，測量出滑塊彈射后遮光片通過光電門1的時間分別為t1、t2、t3、；C利用以上數(shù)據(jù)作出圖象，確定橡皮筋做功對滑塊彈射后的速度具體有什么影響請回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)前需要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平：打開氣源之后，給滑塊一個初速度，使之向左運(yùn)動，發(fā)現(xiàn)遮光片通過光電門1的時間小于通過光電門2的時間，為使氣墊導(dǎo)軌水平，應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌_(選填“左”或“右”)端升高適當(dāng)高度(2)采用圖象法探究物理量間的規(guī)律時，需要選擇合適的坐標(biāo)系以得到直線圖象，為了得到直線圖象，以彈力的功W為縱坐標(biāo)，以_(選填“t2”“t”“t1”或“t2”)為橫坐標(biāo)(t為遮光片通過光電門1的時間)(3)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，總是很難得到比較標(biāo)準(zhǔn)的直線，研究小組分析了四種誤差原因，其中屬于系統(tǒng)誤差的是_A使用不同根數(shù)的橡皮筋彈射時，不同速度下空氣的阻力是不同的B使用不同根數(shù)橡皮筋實(shí)驗(yàn)時，未能將橡皮筋拉至同一位置釋放C實(shí)驗(yàn)所用的橡皮筋沒有做的規(guī)格真正相同，勁度系數(shù)略有差異D描點(diǎn)作圖時，由于標(biāo)錯了標(biāo)度，把所有的點(diǎn)描在了錯誤的位置(4)“倍分法”是一種很有用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計思想，下列科學(xué)研究中，科學(xué)家使用“倍分法”思想來幫助研究的是_A伽利略研究力與運(yùn)動的關(guān)系B開普勒研究行星繞太陽運(yùn)動軌道的半長軸與周期的關(guān)系C庫侖研究點(diǎn)電荷間相互作用力的規(guī)律D奧斯特研究電流的磁效應(yīng)答案(1)右(2)t2(3)AC(4)C