第5講　實驗：探究動能定理

第5講實驗：探究動能定理

把握經(jīng)典實驗方案

一、基本原理與操作原理裝置圖續(xù)表3.作圖像：在坐標紙上分別作出W-v和W-v2圖線，從中找出功與速度變化的關(guān)系。4．得結(jié)論：從圖像分析力對物體做功與物體速度變化的關(guān)系為W∝v2。

融通多彩實驗方案

1．魯科版新教材——恒力做功與動能改變的關(guān)系

實驗裝置圖[要點解讀](1)利用“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置探究“恒力做功與動能改變的關(guān)系”。(2)利用打點計時器測小車的位移和速度，用天平測小車的質(zhì)量，鉤碼的重力作為小車所受的合力。(3)實驗中必須進行的步驟：平衡小車的摩擦力。(4)實驗中必須滿足的條件：鉤碼的質(zhì)量遠小于小車與車上鉤碼的總質(zhì)量。2．滬科版新教材——恒力做功與物體動能變化的關(guān)系[要點解讀](1)必須調(diào)節(jié)氣墊導軌水平。(2)必須滿足鉤碼質(zhì)量遠小于滑塊的質(zhì)量。(3)要測量滑塊釋放位置到光電門的水平距離。4．共同的注意事項(1)平衡摩擦力(氣墊導軌調(diào)節(jié)水平)：將木板一端墊高，使小車在無細繩拉力作用時能做勻速直線運動。(2)滿足鉤碼質(zhì)量遠小于小車(滑塊)的質(zhì)量，以保證細繩的拉力更接近鉤碼的重力。一、基礎考法保住分考查點(一)實驗原理與操作1．某興趣小組用如圖(a)所示的裝置驗證動能定理。(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供實驗選用：A．電磁打點計時器B．電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小，應選擇________(選填“A”或“B”)。(2)保持長木板水平，將紙帶固定在小車后端，紙帶穿過打點計時器的限位孔。實驗中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤中慢慢加入沙子，直到小車開始運動。同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除。同學乙認為還應從盤中取出適量沙子，直至輕推小車觀察到小車做勻速運動?？捶ㄕ_的同學是________(選填“甲”或“乙”)。(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤中加入砝碼。接通打點計時器電源，松開小車，小車運動。紙帶被打出一系列點，其中的一段如圖(b)所示。圖中紙帶按實際尺寸畫出，紙帶上A點的速度vA＝________m/s。解析：(1)電磁打點計時器打點計時時振針與紙帶之間的摩擦力較大；電火花打點計時器是電磁脈沖產(chǎn)生的電火花在紙帶上打點，紙帶所受阻力較小，故選B項。(2)由于剛開始運動，拉力克服最大靜摩擦力，而最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力，故平衡摩擦力的兩種說法中，乙同學正確。(3)在勻變速直線運動中，中間時刻的瞬時速度等于這段時間內(nèi)的平均速度。用刻度尺量出A左側(cè)第一個點與A右側(cè)第一個點之間的距離l＝1.24cm，再除以0.04s，可得vA＝0.31m/s。(4)本實驗中砝碼的重力應該是小車所受的合外力。只有當小車的質(zhì)量遠大于砝碼盤、砝碼以及沙子的總質(zhì)量時，才可以將砝碼的重力當成小車受到的合外力。答案：(1)B

(2)乙(3)0.31(0.30～0.33都算對)(4)遠大于2．如圖所示，用橡皮筋拉動小車的裝置探究功與物體速度變化的關(guān)系，回答下面問題：(1)長木板稍微傾斜的目的是__________________，對傾斜角度的要求是：小車無橡皮筋拉時恰能在木板上__________________；實驗時，小車每次要被拉到________(選填“不同”或“同一”)位置松手；改變橡皮筋彈力對小車做功的辦法是靠增減拉小車的________________。[關(guān)鍵點撥](1)本實驗要測量合力對小車做的功，通過平衡摩擦力，使橡皮筋對小車做的功等于合力對小車做的功。(2)本實驗沒有直接測量功的數(shù)值，通過改變橡皮筋條數(shù)改變彈力做功的多少，為保證橡皮筋對小車做的功與橡皮筋的條數(shù)成正比，必須使小車從同一位置由靜止釋放，使每次橡皮筋的伸長量相同。(3)本實驗要測量的速度是橡皮筋做功結(jié)束時小車的速度，即小車做勻速運動時的速度，應選用紙帶上打點均勻的部分。考查點(二)數(shù)據(jù)處理與誤差分析3．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(guān)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____________。二、創(chuàng)新考法不失分創(chuàng)新角度(一)實驗目的的創(chuàng)新1．(2023·達州高三月考)某同學利用如圖甲所示的裝置測量彈簧彈力做功。在水平桌面上固定好光電門，彈簧左側(cè)固定，右側(cè)連接固定有遮光條的滑塊，將光電門與數(shù)字計時器(圖中未畫出)連接，彈簧原長為x0。[創(chuàng)新點分析](1)測量彈簧彈力對滑塊做功的大小。(2)利用光電門測量滑塊的速度。(3)利用v2-x圖像處理數(shù)據(jù)。

(1)完成下列實驗步驟中的填空：①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；②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__________________________，則表示氣墊導軌已調(diào)整至水平狀態(tài)；③掛上鉤碼后，接通氣源，再放開滑塊，記錄滑塊上遮光條通過光電門1的時間t1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________________________；④改變鉤碼的質(zhì)量，重復步驟③，求得滑塊在不同合力作用下的動能變化量ΔEk。(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)為滑塊所受合外力的大小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M[創(chuàng)新點分析](1)利用氣墊導軌替代長木板做實驗，省去平衡滑塊摩擦力的步驟。(2)利用彈簧測力計和動滑輪可以直接測出細線的拉力大小，實驗過程中不必滿足“鉤碼質(zhì)量遠小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量”。

(1)為求出小物塊拋出時的動能，需要測量下列物理量中的________(填正確答案標號)。A．小物塊的質(zhì)量mB．橡皮筋的原長xC．橡皮筋的伸長量ΔxD．桌面到地面的高度hE．小物塊拋出點到落地點的水平距離L(2)將幾次實驗中橡皮筋對小物塊做的功分別記為W1、W2、W3、…小物塊拋出點到落地點的水平距離分別記為L1、L2、L3、…若功與速度的平方成正比，則應以W為縱坐標、________為橫坐標作圖，才能得到一條直線。[創(chuàng)新點分析]利用平拋運動規(guī)律確定物塊做平拋運動的初速度與平拋水平距離的關(guān)系，從而探究合外力對物塊做的功與物塊速度變化的關(guān)系。

答案：(1)ADE

(2)L2

(3)D

(4)系統(tǒng)誤差創(chuàng)新角度(四)實驗過程的創(chuàng)新4．某同學利用如圖甲所示的裝置探究動能定理。固定并調(diào)整斜槽，使它的末端O點的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復寫紙。將小球從不同的標記點由靜止釋放，記錄小球到達斜槽底端時下落的高度H，并根據(jù)落點位置測量出小球平拋的水平位移x。[創(chuàng)新點分析](1)小