（統(tǒng)考版）高考物理一輪復習第五章機械能實驗五探究動能定理學生用書

實驗五探究動能定理必備知識·自主排查一、基本原理與操作原理裝置圖操作要領思路：1．拉伸的橡皮筋對小車做功(1)用1條橡皮筋拉小車——做功W(2)用2條橡皮筋拉小車——做功2W(3)用3條橡皮筋拉小車——做功3W2．測出每次做功后小車獲得的速度v(1)平衡：墊高木板的一端，平衡摩擦力(2)做功①用一條橡皮筋拉小車——做功W②用兩條橡皮筋拉小車——做功2W③用三條橡皮筋拉小車——做功3W(3)小車：靠近打點計時器且接通電源再釋放小車；每次小車須由同一位置由靜止彈出(4)測速：測出每次做功后小車獲得的速度二、數(shù)據(jù)處理1．選點測速如圖，選取紙帶上點跡均勻的部分，根據(jù)v＝x2T測算出橡皮筋的彈力做功結(jié)束時小車的速度，與對應條數(shù)橡皮筋做的功記錄在設計的表格中，并計算出v2、v32．分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論根據(jù)數(shù)據(jù)分別作W-v、W-v2、W-v3等圖象．其中W-v2圖象如下：實驗結(jié)論：W-v2圖象為一條過原點的直線，可判斷W∝v2.,●注意事項1．平衡摩擦力時，將木板一端墊高，使小車重力沿木板向下的分力與摩擦力平衡．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，從而找到木板一個合適的傾角．2．測小車的速度時，應選紙帶上的點均勻分布的部分．3．橡皮筋應選規(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．小車的質(zhì)量應大一些，使紙帶上打的點多一些．●誤差分析1．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．2．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．3．利用打上點的紙帶計算小車的速度時，測量不準帶來誤差．關鍵能力·分層突破考點一教材原型實驗例1.某學習小組做探究“合力的功和物體速度變化的關系”的實驗，下圖中小車是在1條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行，這時橡皮筋對小車做的功記為W.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，使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由打點計時器所打的紙帶測出．(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、________(填測量工具)和________(選填“交流”或“直流”)電源．(2)實驗中，小車會受到摩擦阻力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡掉摩擦阻力，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)在正確操作情況下，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，應選用下圖中紙帶的________部分進行測量．跟進訓練的關系，實驗裝置如圖1所示．實驗過程中有平衡摩擦力的步驟，并且設法讓橡皮筋對小車做的功以整數(shù)倍增大，即分別為W0、2W0、3W0、4W0…(1)實驗中首先通過調(diào)整木板傾斜程度平衡摩擦力，目的是__________(填寫字母代號)．A．為了釋放小車后小車能做勻加速運動B．為了增大橡皮筋對小車的彈力C．為了使橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功D．為了使小車獲得較大的動能(2)圖2是在正確操作情況下打出的一條紙帶，從中截取了測量物體最大速度所用的一部分，已知相鄰兩打點時間間隔為0.02s，則小車獲得的最大速度vm＝__________m/s(保留3位有效數(shù)字)．(3)幾名同學在實驗中分別得到了若干組橡皮筋對小車做的功W與小車獲得的最大速度vm的數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)繪出了下列給出的四個圖象，你認為其中正確的是__________．考點二拓展創(chuàng)新實驗例2.某實驗小組利用圖(a)所示實驗裝置及數(shù)字化信息系統(tǒng)探究“合力做功與小車動能變化的關系”．實驗時將小車拉到水平軌道的O位置由靜止釋放，在小車從O位置運動到A位置過程中，經(jīng)計算機處理得到了彈簧彈力與小車位移的關系圖線如圖(b)所示，還得到了小車在A位置的速度大小vA；另外用電子秤測得小車(含位移傳感器發(fā)射器)的總質(zhì)量m.回答下列問題：(1)由圖(b)可知：圖(a)中A位置到力傳感器的距離________(填“小于”“等于”或“大于”)彈簧原長；(2)在小車從O位置運動到A位置過程中彈簧對小車所做的功W＝______________，小車的動能改變量ΔEk＝______________；(表達式用題中已知物理量的符號表示)(3)甲同學在分析實驗數(shù)據(jù)后，還補充了如下實驗：將彈簧從小車上卸下，給小車一初速度，讓小車從軌道右端向左端運動，利用位移傳感器和計算機得到小車的速度隨時間變化的圖線如圖(c)所示，則他要探究關系式________________________是否成立；(關系式用題中已知物理量的符號表示)(4)乙同學反思整個實驗過程提出了自己的方案：在實驗開始時，小車不連接彈簧，將圖(a)中軌道________(填“左”或“右”)端墊高至合適位置，讓小車在軌道上獲得一初速度開始運動，若計算機監(jiān)測到的小車位移—時間圖線是________，即表明軌道傾角調(diào)整到位，再實施題中所述實驗步驟，而無需做甲同學補充的實驗．跟進訓練2.[2020·全國卷Ⅲ，22]某同學利用圖(a)所示裝置驗證動能定理．調(diào)整木板的傾角平衡摩擦阻力后，掛上鉤碼，鉤碼下落，帶動小車運動并打出紙帶．某次實驗得到的紙帶及相關數(shù)據(jù)如圖(b)所示．已知打出圖(b)中相鄰兩點的時間間隔為0.02s，從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中可以得到，打出B點時小車的速度大小vB＝____________m/s，打出P點時小車的速度大小vP＝____________m/s.(結(jié)果均保留2位小數(shù))若要驗證動能定理，除了需測量鉤碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量外，還需要從圖(b)給出的數(shù)據(jù)中求得的物理量為__________________．3．某實驗小組用圖甲所示實驗裝置探究合力做功與動能變化的關系．鐵架臺豎直固定放置在水平桌面上，將長木板傾斜放置，一端P固定在水平桌面邊緣處，另一端放置在鐵架臺的鐵桿上，忽略長木板厚度，P處放置一光電門計時器．實驗步驟如下：①用游標卡尺測出滑塊的擋光片寬度l，用天平測出含擋光片的滑塊的質(zhì)量m；②以長木板放置在水平桌面上的一端為軸，調(diào)節(jié)長木板在鐵架臺上的放置位置，使滑塊恰好沿長木板向下做勻速運動．在鐵架臺豎直桿上記下此位置Q1，用刻度尺測出Q1到水平桌面的高度H；③保持長木板P端與桌面接觸位置不變，長木板另一端放置在鐵架臺豎直桿Q2位置處．用刻度尺量出Q1、Q2的距離h1，將滑塊從Q2位置由靜止釋放，由光電門計時器讀出滑塊的擋光時間t1；④保持長木板P端與桌面接觸位置不變，重新調(diào)節(jié)長木板另一端在鐵架臺上的放置位置，重復步驟③數(shù)次．(1)滑塊沿長木板由Q2運動到P的過程中，用測量的物理量表示下列物理量(已知重力加速度為g)：滑塊動能的變化量ΔEk＝________，滑塊克服摩擦力做的功WFf＝________，合力對滑塊做的功W合＝________．(2)某學生以長木板在鐵架臺豎直桿上的放置位置到Q1的距離h為橫坐標，以滑塊通過光電門的擋光時間的平方的倒數(shù)1t2為縱坐標，根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出如圖乙所示圖線，若圖線過原點，且圖線斜率

實驗五探究動能定理關鍵能力·分層突破例1解析：(1)為測量小車獲得的速度，必須用刻度尺來測量紙帶上點和點之間的距離；打點計時器必須使用交流電源．(2)平衡摩擦力時，也要平衡掉紙帶與限位孔之間的摩擦力．根據(jù)平衡狀態(tài)的特點，小車做勻速運動時即平衡掉了摩擦力．(3)應該選用紙帶上小車做勻速運動的部分進行測量，此時小車的速度最大，即GK部分．答案：(1)刻度尺交流(2)D(3)GK1．解析：(1)實驗目的是探究合外力做功與物體速度的關系，平衡摩擦力后，橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功．(2)由圖可知，小車先做加速度變化的加速運動，后做勻速運動．當小車做勻速運動時，小車獲得的速度最大，即vm＝2.44×10(3)由W∝v答案：(1)C(2)1.22(3)D例2解析：(1)O到A彈簧被拉長，則距離大于彈簧長度；(2)變力F做功為F-s圖象圍成面積W＝12(FA＋F0)sA小車動能的改變量為：ΔEk＝12(3)克服摩擦力做功Wf＝mv0tmsA，由動能定理12(F0＋FA)sA－mv0(4)平衡摩擦力，右端墊高，勻速運動：x-t圖象為直線．答案：(1)大于(2)12(F0＋FA)sA(3)12(F0＋FA)sA－mv0tms2．解析：打下B點的時刻為打下與B點相鄰左、右兩點的中間時刻，則打下B點時小車的速度應為這兩點間小車的平均速度，即vB＝4.00?2.560.04×10－2m/s＝0.36m/s；同理打下P點時小車的速度為vP＝57.86?50.660.04×10－2m/s＝1.80m/s.在驗證動能定理時，如果選取B到P的過程，則由mgxBP＝12M+JP答案：0.361.80B、P之間的距離3．解析：(1)由于擋光片寬度很小，可近似認為滑塊通過光電門的速度v＝lt1，滑塊(含擋光片)動能的變化量ΔEk＝12mv2－0＝ml22t12.滑塊從Q1釋放勻速下滑時，設長木板的傾角為θ