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?1 探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系 2 通過(guò)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 條數(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(guò)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(guò)增加橡皮筋的 使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍 再通過(guò) 和紙帶來(lái)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 5 6條完全相同的橡皮筋 刻度尺 長(zhǎng)木板 鐵釘?shù)?實(shí)驗(yàn)過(guò)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 1 W 3 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 2 2W 4 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W v2 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(guò)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(kāi) 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(guò)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50Hz 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 38 1 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(lái)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(guò)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(guò)光電門的時(shí)間為t1 t2 則遮光條B A通過(guò)光電門的過(guò)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 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 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 2W 3W 4W 5W 4 vn 如圖S5 9所示 圖S5 9 2 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 10 A 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 M4 C 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)x C 橡皮筋的伸長(zhǎng)量 xD 桌面到地面的高度h E 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L(zhǎng)1 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 11 2 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(guò)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(guò)兩光電門之間的過(guò)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(guò)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(guò)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50Hz 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 29M