第22講試驗四

1、第22講實驗四：探究動能定理考情剖析考查內(nèi)容考名腰求考查年份考查詳情能力要求命題難度實驗、探究：動能定理17年T10一實驗，考 查恒力做功與物體動能變 化的關系探究、推理B弱項清單1.在實驗原理 分析上、理解 并運用功能關 系和動能定理 及用準確的物 理語言進行描 述等方面的掌 握/、夠；2.不理解實驗 原理；處理實 驗數(shù)據(jù)能力不 強等.實驗儲備一、實驗目的探究功與物體速度變化的關系.二、實驗原理通過1根、2根、3根橡皮筋作用在小車上移動相同的距離，對小車做功應為1W、2W、3W.三、實驗器材打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、橡皮筋、刻度尺、導線兩根.四、實驗步驟.根據(jù)實驗原理圖安裝儀器.將紙帶

2、固定在小車上，讓紙帶穿過打點計時器的限位孔，平衡摩擦力.用一根橡皮筋拉小車做功 W.用兩根橡皮筋拉小車做功 2W;用三根橡皮筋拉小車做功3W.五、數(shù)據(jù)處理1 .計算出小車每次獲得的速度；2,分別用每次的v、W繪出W-v、W-v2、W-v3等關系圖線，直到得出線性關系.六、實驗結論W與v之間的關系 W=2mv2.七、誤差分析.誤差的主要來源是橡皮筋的長度、粗細不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比.沒有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時傾角過大也會造成誤差.利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差.八、注意事項.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.

3、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.選點測速：測小車速度時，紙帶上的點應選均勻部分的，也就是選小車做勻速運動狀態(tài)的.橡皮筋的選擇：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.技能優(yōu)化考點1實驗原理和實驗操作【典型例題1】 某同學把附有滑輪的長木板平放在實驗桌上，將細繩一端拴在小車上，另一端繞過定滑輪，掛上適當?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系.此外還準備了打點計時器及配套的電源、導線、復寫紙、紙帶、 小木塊等.組裝的實驗裝置如圖所示.紙帶 接電源(

4、1)若要完成該實驗，必需的實驗器材還有 .(2)實驗開始時，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使牽引小車的細繩與木板平行.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實現(xiàn)勻速直線運動D.可在平衡摩擦力后使細繩拉力等于小車受的合力(3)平衡摩擦力后，當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方法：.(4)他將鉤碼重力做的功當作細繩拉力做的功，經(jīng)多次實驗發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車動能增

5、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，鉤碼重力大于細繩拉力考點2數(shù)據(jù)處理與誤差分析【典型例題 2】為了探究功與速度變化的關系，現(xiàn)提供如圖所示的器材，讓小車在橡皮筋的作用下彈出后沿木板滑行，請思考探究思路并問答下列問題.(打點計時器所接交流電頻率為50 Hz)紙帶(1)為了消除摩擦力的影響應采取的措施為 .(2)當我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條并起來進行第 1次、第2次、第3次實驗時，每次實驗中橡皮筋拉伸的長度都保持一致，我們把第1次實

6、驗中橡皮筋對小車做的功記為W.由于橡皮筋對小車做功而使小車獲得的速度可以由打點計時器和紙帶測出，如圖所示是 其中四次實驗打出的部分紙帶.，第I次1-空伊叱仔翳小.15(第項伊1%.也二冊1.陽，cm任中產(chǎn)中茸跖J工中工干+*+ H cm試根據(jù)以上信息，填寫下表次數(shù)1234橡皮筋對小車做的功W小車速度v/(m$T)v2(m2.s 2)從 表 中 數(shù) 據(jù) 可 得 出 結 論考點3實驗的改進與創(chuàng)新.實驗器材的改進用拉力傳感器測量拉力，用速度傳感器測量速度，用光電門計算速度.實驗方案的創(chuàng)新(1)利用自由落體運動探究功和動能的關系.(2)研究小車以不同的初速度沿粗糙水平面滑動的距離，得出小車的初動能大小

7、與克服摩擦力做功的情況，也可探究動能定理.(3)讓小球從斜面上某高處滾下，然后做平拋運動等.【典型例題3】(16年徐州模擬)某同學利用如圖所示的裝置“探究動能定理”.在氣墊導軌上安裝了兩光電門 1、2,滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過定滑輪與鉤碼相連.實驗時，測出光電門1、2間的距離為L,遮光條的寬度為d,滑塊和遮光條的總質(zhì)量為 M,鉤 碼質(zhì)量為m.5光電(口氣墊導軌組光電1JI 遮光條工滑塊河通氣源朗節(jié)旋恥p7曲節(jié)旋包Q冉碼(1)完成下列實驗步驟中的填空：A.安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線豎直；B.實驗時要調(diào)整氣墊導軌水平，不掛鉤碼和細線，接通氣源，釋放滑塊，如果滑塊,

8、則表示氣墊導軌已調(diào)整至水平狀態(tài)；C.掛上鉤碼后，接通氣源，再放開滑塊，記錄滑塊通過光電門1的時間ti和通過光電門2的時間t2,若彈簧測力計的示數(shù)為 F,則要驗證動能定理的表達式為： ;D.改變鉤碼的質(zhì)量，重復步驟 C,求得滑塊在不同合力作用下的動能變化量A Ek.(2)對于上述實驗，下列說法正確的是 .A.滑塊的加速度與鉤碼的加速度大小相等B .彈簧測力計的讀數(shù)為滑塊所受合外力C.實驗過程中鉤碼處于超重狀態(tài)D.鉤碼的總質(zhì)量 m應遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量M1.某學習小組做“探究功與速度變化的關系”的實驗如圖甲所示，圖中小當堂檢測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

9、.當用2條、3條完全相同的橡皮筋并在一起進行第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行計算.第1題圖甲（1）除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和 （選填“交流”或“直流”）電源.（2）實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦力，則下面操作 正確的是（）A.放開小車，能夠自由下滑即可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，當小車速度最大時，關于橡皮筋所 處的狀態(tài)與小

10、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， 應選用紙帶的 部分進行測量（根據(jù)圖乙所示的紙帶回答）.fABC D E_F_G H 1第1題圖乙.某校物理興趣小組利用如圖甲所示裝置探究合力做功與動能變化的關系.在滑塊上安裝一遮光條，系輕細繩處安裝一拉力傳感器（可顯示出輕細繩的拉力），把滑塊放在水平氣墊導軌上A處，細繩通過定滑輪與鉤碼相連，光電門安裝在 B處.氣墊導軌充氣，將滑塊從 A 位置由靜止釋放后，拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F,光

11、電門記錄的時間為 At.第2題圖甲第2題圖乙mm.(1)用螺旋測微器測量遮光條的寬度，如圖乙所示，則寬度為(2)多次改變鉤碼的質(zhì)量(拉力傳感器記錄的讀數(shù) F相應改變)，測得多組F和At數(shù)據(jù)，要 得到線性變化圖象，若已知選定 F作為縱坐標，則橫坐標代表的物理量為 .A. At B. (At)2 C.六 D.(力2(3)若正確選擇橫坐標所代表的物理量后，得出線性變化圖象的斜率為k,且已經(jīng)測出A、B之間的距離為s,遮光條的寬度為d,則滑塊質(zhì)量(含遮光條和拉力傳感器)的表達式為M =.如圖甲所示，某組同學借用“探究a與F、m之間的定量關系”的相關實驗思想、原理及操作，進行“研究合外力做功和動能變化的關

12、系”的實驗：ABC口 E / 仃 IJNkzm.T211.611c Hl .Rk行1匚而 .7UCim 島島.7-nciii第3題圖乙(1)為達到平衡阻力的目的，取下細繩及托盤，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.(2)連接細繩及托盤， 放入祛碼，通過實驗得到圖乙所示的紙帶. 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.請計算小車所受合外力做的功W和小車動能的變化 A Ek.補填表中空格(結果保留至小數(shù)點后第四位).O-Bo-cO -D

13、O -EO -FW/J0.04320.05720.07340.0915A Ek/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)W= AEk,與理論推導結果一致.實驗前已測得托盤質(zhì)量為7.7X10 3 kg,實驗時該組同學放入托盤中的祛碼質(zhì)量應為kg(g取9.8 m/s：結果保留至小數(shù)點后第三位).第22講 實驗四：探究動能定理技能優(yōu)化典型例題1 (1)刻度尺、天平(包括石I碼)(2)D (3)可在小車上加適量的祛碼(或鉤碼)1(4)CD 【解析】(1)根據(jù)實驗原理可知，需要驗證mgx=Mv2,同時根據(jù)運動學規(guī)律可知，此實驗中需要測量鉤碼質(zhì)量、小車質(zhì)量

14、和位移，故還需要的器材有：刻度尺和天平； (2)分析小車受力可知，在平衡摩擦力的基礎上，使細繩與木板平行是為了讓細繩的拉力充當 小車所受合外力，故選項D正確；(3)紙帶上打出的點較少，說明小車的加速度過大(即小車過快)，故可知減小鉤碼質(zhì)量或增加小車質(zhì)量(在小車上加上適量的祛碼)；(4)在此實驗中，根據(jù)牛頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細繩的拉力，而實驗中用重力代替拉力會導致拉力做 功大于小車動能增量；如果實驗未平衡或未完全平衡摩擦力也會導致拉力做功大于動能增量， 故選項C、D正確.典型例題 2 (1)見解析 (2)見解析【解析】(1)為了消除摩擦力，應將木板固定有打點計時器的一端墊起適當?shù)母叨龋?/p>

15、使小車在不接橡皮筋時緩慢勻速下滑.x(2)由勻速運動的速度公式 v = x，可求出小車的速度，其中 x可從題圖中讀出，分別為2. 00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm.交流電頻率為 50 Hz,故 T=0.02 s.次數(shù)1234橡皮筋對小車做的功W2W3W4W小車速度v/(m - s 1)1.001.421.732.00v2(m2 - s 2)1.002.022.994.00在誤差允許的范圍內(nèi)，橡皮筋對小車做的功與小車速度的二次方成正比.典型例題3 (1)B.能在氣墊導軌上靜止，或能在導軌上做勻速運動，或經(jīng)過兩個光電門的時間相等；C.FL = ；M(d)2 M(3)2 (

16、2)B【解析】(1)若氣墊導軌水平，則滑塊不掛鉤碼時在氣墊導軌上受的合外力為零，能在氣墊導軌上靜止或做勻速直線運動，即滑塊經(jīng)過兩d 2 1 d 2個光電門的時間相等.如果滿足FL=2m(；)22M(d)2,則可以驗證動能定理.(2)因為鉤碼向下運動的位移大小為x時，滑塊運動的位移大小就為2x,所以滑塊的加速度大小是鉤碼加速度大小的2倍，選項A錯誤；彈簧測力計的讀數(shù)為滑塊所受合外力大小，不需要滿足鉤碼的總質(zhì)量 m遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量M ,實驗過程中鉤碼處于失重狀態(tài)，所以選項B正確，C、D錯誤.當堂檢測(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

17、衡摩擦力時，應將紙帶穿過打點計時器，放開拖著紙帶的小車，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)，B正確.(4)從紙帶上看，紙帶的 GJ段打點比較均勻，所以應選用紙帶的GJ段進行測量.2ks(1)2.558 (2)D (3)/【解析】(1)根據(jù)螺旋測微器讀數(shù)規(guī)則，遮光條的寬度d = 2.5 mm+0.058 mm = 2.5582mm.(2)根據(jù)動能定理，F(xiàn)s = 2mv2, v = *,聯(lián)立解得5=囁(1)2,選定F作為縱坐標，則2橫坐標代表的物理量為(七)2, D正確.(3)得出線性變化圖象的斜率為k,由k= m2s解得M2ks=產(chǎn)(1)勻速直線(或勻速)(2)