2019版高考物理一轮复习实验增分专题5探究动能定理学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 实验五 探究动能定理 考纲要求 考情分析 命题趋势 探究动能定理 2017 北京卷，21 高考对本实验的考查主要侧重于以下三个方面： 1.对小车做功的计量方法的理解； 2.通过打点纸带研究小车的末速度、末动能； 3.实验误差分析和实验数据的处理 (通过图象处理实验数据 ) 知识梳理 夯实基础 一、实验目的、原理、器材 目的 探究外力对物体做功与物体动能变化的关系 原理 探究功与物体动能变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同功时物体获得的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如图 所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍

2、增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度 器材 橡皮筋、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、木板、钉子 二、实验步骤 1垫高木板的一端，平衡摩擦力 2拉伸的橡皮筋对小车做功： (1)用一条橡皮筋拉小车 做功 W； (2)用两条橡皮筋拉小车 做功 2W； (3)用三条橡皮筋拉小车 做功 3W. 3测出每次做功后小车获得的速度 v. 4分别用各次实验测得的 v 和 W 绘制 W v 或 W v2、 W v3? 图象，直到 明确得出 W和 v 的关系 三、数据处理 【 精品教育资源文库 】 1求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离 x，则 v xT(

3、其中 T为打点周期 ) 2实验数据处理：在坐标纸上画出 W v 和 W v2图象 (“ W” 以一根橡皮筋做的功为单位 )根据图象得出 W v2. 四、误差分析 1误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功 W 与橡皮筋的条数不成正比 2没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差 3利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来的误差 五、注意事项 1平衡 摩擦力的方法是轻推小车，由打在纸带上的点是否均匀判断小车是否匀速运动 2测小车速度时，应选纸带上点均匀分布的部分 3橡皮筋应选规格一样的力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值 4小车质量应大

4、一些，使纸带上打的点多一些 核心考点 分层突破 考点 1 实验原理和实验操作 例 1某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系此外还准备了打点计时器及配套的电 源、导线、复写纸、纸带、小木块等组装的实验装置如图所示 (1)若要完成该实验，必需的实验器材还有 _刻度尺、天平 (包括砝码 )_. (2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行他这样做的目的是下列的哪个 _D_.(选填字母代号 ) A避免小车在运动过程中发生抖动 B可使打点计时器在纸带上

5、打出的点迹清晰 C可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 (3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸 带【 精品教育资源文库 】 上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法： _可在小车上加适量的砝码 (或钩码 )_. (4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些这一情况可能是下列哪些原因造成的 _CD_.(选填字母代号 ) A在接通电源的同时释放了小车 B小车释放时离打点计时器太近 C阻力未完全被小车

6、重力沿木板方向的分力平衡掉 D钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 解析 (1)实验要处理纸带测小车的瞬时速 度，需要刻度尺，要分析动能的变化，必须要测出小车的质量，因此还需要天平 (2)实验中调节定滑轮高度，使细绳与木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力，如果不平行，细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改变了摩擦力，就不能使细绳拉力等于小车所受的合力，选项 D 正确 (3)在所挂钩码个数不变的情况下，要减小小车运动的加速度，可以增大小车的质量，即可在小车上加适量的砝码 (或钩码 ) (4)如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，发现拉力做的功总比小车动能的增量大，原因

7、可能是阻力未被完全平衡掉， 因此拉力做功一部分用来增大小车动能，一部分用来克服阻力做功；也可能是钩码做加速运动，因此细绳的拉力小于钩码的重力，钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做的功大于小车动能的增量，选项 C、 D 正确 考点 2 实验数据处理 例 2(2017 江苏卷 )利用如图所示的实验装置探究恒力做功与物体动能变化的关系小车的质量为 M 200.0 g，钩码的质量为 m 10.0 g，打点计时器的电源为 50 Hz 的交流电 (1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高 度，直至向左轻推小车观察到 _小车做匀速运动 _.

8、(2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图所示选择某一点为 O，依次每隔 4 个计时点取一个计数点 (图中间隔点未画出 )用刻度尺量出相邻计数点间的距离 x，记录在纸带上计算打出各计数点时小车的速度 v，其中打出计数点 “1” 时小车的速度 v1_0.228_m/s. 【 精品教育资源文库 】 (3)将钩码的重力视为小车受到的拉力，取 g 9.80 m/s2，利用 W mg x 算出拉力对小车做的功 W.利用 Ek 12Mv2算出小车动能，并求出动能的变化量 Ek，计算结 果见下表 . W/(10 3 J) 2.45 2.92 3.35 3.81 4.26 Ek/(10 3 J) 2.31

9、 2.73 3.12 3.61 4.00 请根据表中的数据，在图丙中方格纸上作出 Ek W 图象 (4)实验结果表明， Ek总是略小于 W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩码重力造成的用题中小车和钩码质量的数据可算出小车受到的实际拉力 F _0.093_N. 解析 (1)平衡摩擦力的方法是利用小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力相平衡，故在此状态下小车获得速度后能匀速运动 (2)由题意知相邻计数点间时间间隔 T 0.1 s，由 v vt2得 v1 x1 x22T ?2.06 2.50?10 220.1 m/s 0.228 m/s. (3)首先确定标度：为充分利用方格纸，依据给定数据范围及方格纸上

10、格数多少，确定纵坐标、横坐标皆从 2.010 3 J 开始，且每小格表示 0.110 3 J然后描点、连线，图象见答案 (4)对钩码有 mg F ma，对小车有 F Ma，联立可得 F MmM mg 0.20000.0100.200 0.010 9.8 N0.093 N. 答案 (3)见图 【 精品教育资源文库 】 考点 3 实验创新设计 本实验可从下列两个方面改进创新 1实验器材的改进：用拉力传感器测量拉力，用速度传感器测量速度 2实验方案的创新 (1)利用自由落体运动探究功和动能的关系 (2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，也可探

11、究动能定理 (3)让小球从斜面上某高处滚下，然后做平抛运动等 例 3(2018 江西南昌模拟 )如图甲所示，为验证动能定理的实验装置，较长的小车的前端固定有力传感器，能测出小车所受的拉力，小车上固定两个完全相同的遮光条 A、 B，小车、传感器及遮光条的总质量为 M，小车放在安装有定滑轮和光电门的光滑轨道 D 上，光电门可记录遮光条 A、 B 通过它的挡光时间用不可伸长的细线将小车与质量为 m 的重物相连，轨道放在水平桌面上，细线与轨道平行 (滑轮质量、摩擦不计 ) (1)用螺旋测微器测遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度 d _0.400(0.3990.401)_mm. (2)实验过程中

12、_不需要 _(选填 “ 需要 ” 或 “ 不需要 ”) 满足 M 远大于 m. (3)实验主要步骤如下： 测量小车、传感器及遮光条的总质量 M，测量两遮光条间的距离 L，按图甲正确连接器材 由静止释放小车，小车在细线拉动下运动，记录传感器的示数 F 及遮光条 A、 B 经过光电门的挡光时间 tA和 tB，则验证动能定理的表达式为 _FL Md22 ?1t2B1t2A _.(用字母 M、【 精品教育资源文库 】 F、 L、 d、 tA、 tB表示 ) 解析 (1)螺旋测微器的固定刻度读数为 0 mm，可动刻度读数 0.0140.0 mm 0.400 mm，所以最终读数为 0 mm 0.400

13、mm 0.400 mm. (2)实验中小车所受拉力由力传感器测出，无需 M 远大于 m. (3)遮光条通过光电门的时间极短，因此可以利用平均速度来代替瞬时速度，因此小车通过光电门的瞬时速度为 v d t，所以小车经过 A 点的速度 vA dtA，小车经过 B 点的速度vB dtB，以小车为研究对象，合外力做功为 W FL，动能增量为 Ek Md22 ?1t2B1t2A ，则验证动能定理的表达式为 FL Md22 ?1t2B1t2A . 对应演练 迁移运用 1 (2018 湖北黄冈模拟 )某学习小组在 “ 探究功与速度变化的关系 ” 的实验中采用了如图甲所示的实验装 置 (1)将气垫导轨接通通气

14、泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是 _将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速运动 (其他方法正确均可 )_. (2)如图乙所示，游标卡尺测得遮光条的宽度 d _0.550_cm.实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为 t，则滑块最后匀速运动的速度表达式为 _ d t_.(用字母表示 ) (3)逐根增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度则画出的 W v2图象应是 _过坐标原点的一条倾斜直线 _. 解析 (1)检查导轨是否