實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理01主干回顧固基礎(chǔ)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?探究外力對(duì)物體做功與物體速度的關(guān)系2通過實(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】1不是直接測(cè)量對(duì)小車做功，而是通過改變橡皮筋條數(shù)確定對(duì)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(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)出，也可以用其他方法測(cè)出這樣，進(jìn)行若干次測(cè)量，就得到若干組功和速度的數(shù)據(jù)3以橡皮筋對(duì)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(duì)小車做的功與小車獲得的速度的定量關(guān)系【實(shí)驗(yàn)器材】小車(前面帶小鉤)、100 g200 g砝碼、長(zhǎng)木板(在兩側(cè)適當(dāng)?shù)膶?duì)稱位置釘兩個(gè)鐵釘)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、學(xué)生電源(使用電火花計(jì)時(shí)器時(shí)不用學(xué)生電源)、導(dǎo)線、56條等長(zhǎng)的橡皮筋、刻度尺【實(shí)驗(yàn)步驟】1按如圖所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好，同時(shí)平衡摩擦力2先用一條橡皮筋做實(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)小車做功為W1，將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3用兩條橡皮筋做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度與第一次相同，設(shè)此時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功為W2，測(cè)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(shí)驗(yàn)，用同樣的方法測(cè)出功和速度，記入表格 (2)實(shí)驗(yàn)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(shí)間時(shí)間t/s速度速度v/(ms1)速度平方速度平方v2/(m2s2) (3)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(shí)傾角過大3利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車的速度時(shí)，測(cè)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(cè)量誤差小車速度的測(cè)量誤差多次測(cè)量多次測(cè)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(zhǎng)度、粗細(xì)不一橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一選規(guī)格相同的橡皮筋選規(guī)格相同的橡皮筋【注意事項(xiàng)】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運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的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 4開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并且要先接通電源再釋放小車 5選擇小車時(shí)，小車質(zhì)量應(yīng)適當(dāng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】1本實(shí)驗(yàn)中物體運(yùn)動(dòng)速度可以使用速度傳感器直接采集，比用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器方便快捷且誤差較小2可以把長(zhǎng)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(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過程的目的02典例突破知規(guī)律考點(diǎn)1對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解典例透析“探究動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，當(dāng)小車在兩條橡皮筋作用下彈出時(shí)，橡皮筋對(duì)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(jìn)行第2次、第3次、第4次實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功記為2W0、3W0、4W0，每次實(shí)驗(yàn)中由靜止彈出的小車獲得的最大速度可由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出 (1)(多選)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是() A打點(diǎn)計(jì)時(shí)器可以用直流電源供電，電壓為46 V B實(shí)驗(yàn)中使用的若干條橡皮筋的原長(zhǎng)可以不相等 C每次實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車從同一位置由靜止彈出 (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(cè)量物體最大速度所用的一段紙帶，測(cè)得O點(diǎn)到A、B、C、D、E各點(diǎn)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(diǎn)打點(diǎn)時(shí)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(diǎn)計(jì)時(shí)器一定用交流電源，A錯(cuò)誤；實(shí)驗(yàn)中一定要用相同的橡皮筋，B錯(cuò)誤；每次實(shí)驗(yàn)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(shí)，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 (多選)在用如圖所示裝置做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，下列說法正確的是() A某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶紙帶上打出的點(diǎn)，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(shí)驗(yàn)必須設(shè)法算出橡皮筋對(duì)小車做功的具體數(shù)值 C每次實(shí)驗(yàn)中，橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度沒有必要保持一致 D利用紙帶上的點(diǎn)計(jì)算小車的速度時(shí)，應(yīng)選用紙帶上打點(diǎn)均勻部分進(jìn)行計(jì)算解析：由該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理可知選項(xiàng)A正確；實(shí)驗(yàn)中，沒必要測(cè)出每次實(shí)驗(yàn)橡皮筋做功的具體數(shù)值，只需要保證每次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋的拉伸長(zhǎng)度與第一次相同，從而測(cè)出以后各次實(shí)驗(yàn)時(shí)橡皮筋做的功是第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)的多少倍就可以了，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；小車無拉力時(shí)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以要選用紙帶上打點(diǎn)均勻部分來計(jì)算小車的速度，選項(xiàng)D正確答案：AD考點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)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(diǎn)計(jì)時(shí)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(zhǎng)的木板上，C為彈簧測(cè)力計(jì)，不計(jì)繩與滑輪間的摩擦點(diǎn)跡點(diǎn)跡s/cmv2/m2s20/11.600.0423.600.0936.000.1547.000.1859.200.23 請(qǐng)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(cè)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_N；若該同學(xué)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測(cè)力計(jì)讀數(shù)，明顯超出實(shí)驗(yàn)誤差的正常范圍你認(rèn)為主要原因是_，實(shí)驗(yàn)操作中改進(jìn)的措施是_ 嘗試解答圖象如下圖所示_0.25_小車滑行時(shí)所受摩擦阻力較大_使長(zhǎng)木板傾斜一定的角度以平衡摩擦力 變式訓(xùn)練 某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)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(zhǎng)的細(xì)線將其通過一個(gè)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(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器，記錄小車通過A、B時(shí)的速度大小，小車中可以放置砝碼 (1)實(shí)驗(yàn)主要步驟如下： 測(cè)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C點(diǎn)，_，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過A、B時(shí)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(qǐng)?jiān)趫D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)見解析圖考點(diǎn)3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)思想、原理及操作，進(jìn)行“探究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)：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(zhǎng)木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車是否做_運(yùn)動(dòng)圖圖1 連接細(xì)繩及托盤，放入砝碼，通過實(shí)驗(yàn)得到圖2所示的紙帶紙帶上O為小車運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻所打的點(diǎn)，選取時(shí)間間隔為0.1 s的相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G.實(shí)驗(yàn)時(shí)小車所受拉力為0.2 N，小車的質(zhì)量為0.2 kg.圖圖2 請(qǐng)計(jì)算小車所受合外力做的功W和小車動(dòng)能的變化量Ek，補(bǔ)填表中空格(結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第四位).OBOCODOEOFW/J0.04320.05720.07340.0915Ek/J0.04300.05700.07340.0907 分析上述數(shù)據(jù)可知：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)WEk，與理論推導(dǎo)結(jié)果一致 實(shí)驗(yàn)前已測(cè)得托盤質(zhì)量為7.7103 kg，實(shí)驗(yàn)時(shí)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(diǎn)后第三位) 必備知識(shí) 1.熟練把握“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”、“探究動(dòng)能定理”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)思想、原理及操作； 2.能夠熟練把握牛頓第二定律、探究動(dòng)能定理的應(yīng)用； 3.能熟練運(yùn)用列表法和圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)嘗試解答勻速直線(或勻速)_0.1115_0.1105_0.015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(yùn)動(dòng)的，紙帶上打出的點(diǎn)跡間隔分布是均勻的探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)能的變化量與物體在發(fā)生這一動(dòng)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(guó)艦載飛機(jī)在“遼寧艦”上成功著艦后，某課外活動(dòng)小組對(duì)艦載飛機(jī)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(jìn)的距離與被阻攔前速率的關(guān)系要達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模柚苯訙y(cè)量的物理量是鋼球由靜止釋放時(shí)的_和在橡皮條阻攔下前進(jìn)的距離，還必須增加的一種實(shí)驗(yàn)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(jī)械能守恒刻度尺機(jī)械能守恒(動(dòng)能動(dòng)能)