2019版高考物理一輪復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理課件.ppt

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實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究外力做功與物體速度變化的關(guān)系 2 實(shí)驗(yàn)原理 探究功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 可通過改變力對(duì)物體做的功 測(cè)出力對(duì)物體做不同功時(shí)物體的速度 為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)可將物體初速度設(shè)置為零 可用如圖S5 1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 通過增加橡皮筋的條數(shù)使橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加 再通過打點(diǎn) 計(jì)時(shí)器和紙帶來測(cè)量每次實(shí)驗(yàn)后小車的末速度v 圖S5 13 實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 紙帶 復(fù)寫紙 小車 前有小鉤 電源 導(dǎo)線 砝碼 5 6條等長(zhǎng)橡皮筋 長(zhǎng)木板 鐵釘?shù)?刻度尺 4 實(shí)驗(yàn)步驟 平衡摩擦力 1 按圖S5 1所示將實(shí)驗(yàn)儀器安裝好 同時(shí) 2 先用1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)小車做的功為W1 將這一組數(shù)據(jù)記入表格 3 用2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 這樣橡皮筋對(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3條 4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 5 實(shí)驗(yàn)分析 1 數(shù)據(jù)分析 小車速度的求法 實(shí)驗(yàn)獲得如圖S5 2所示紙帶 利用紙帶上點(diǎn)跡 的一段測(cè)出兩點(diǎn)間的距離 如紙帶上A B 圖S5 2 均勻 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 建立上述表格 求出v2的值 在坐標(biāo)紙上分別作出W v和W v2圖線 以1條橡皮筋做 的功為單位 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出 功W與速度v的 成正比 即W 3 誤差分析 橡皮筋的粗細(xì)不一致 導(dǎo)致做的功與條數(shù)不成正比 平衡摩擦力時(shí) 木板傾角過大或過小 測(cè)量紙帶上的各點(diǎn)之間間距時(shí)有誤差 紙帶上的點(diǎn)沒有對(duì)應(yīng)小車勻 速運(yùn)動(dòng)時(shí)刻 二次方 v2 考點(diǎn)1 基本實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)操作的考查 典題1 2017年陜西西安高新一中一模 某學(xué)習(xí)小組做探究 合力做功和物體速度變化關(guān)系 的實(shí)驗(yàn)如圖S5 3所示 圖中小車在一條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行 這時(shí) 橡皮筋對(duì)小車做的功記為W 當(dāng)用2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)時(shí) 使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致 每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出 圖S5 3 1 除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外 還需要導(dǎo)線 開關(guān) 刻度 尺和 填 交流 或 直流 電源 2 實(shí)驗(yàn)中 小車會(huì)受到摩擦阻力的作用 可以使木板適當(dāng)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 若木板水平放置 小車在兩條橡皮筋的作用下運(yùn)動(dòng) 當(dāng)小車速度最大時(shí) 關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置 下列說法正確的是 A 橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)B 橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C 小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D 小車已過兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線 答案 1 交流 2 D 3 B 考點(diǎn)2 基本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與誤差分析 典題2 如圖S5 4所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究 橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn) 圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行的情形 這時(shí) 橡皮筋對(duì)小車做的功記為W 當(dāng)我們把2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)時(shí) 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放 小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出 圖S5 4 1 除了導(dǎo)線 開關(guān)及圖S5 4中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外 還需 要的器材有 2 平衡摩擦力后 每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的 為了測(cè)量小車獲得的速度 應(yīng)選用紙帶的 部分進(jìn)行測(cè)量 3 下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表 請(qǐng)將第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對(duì)應(yīng)的位置 4 從理論上講 橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn 請(qǐng)你根據(jù)表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖S5 5所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性 圖S5 5 解析 小車先加速后勻速 因?yàn)橐獪y(cè)量小車最后獲得的速度 也就是最后做勻速運(yùn)動(dòng)的速度 故需要用刻度尺測(cè)出紙帶上點(diǎn)距均勻的間隔長(zhǎng)度 然后除以時(shí)間間隔就是小車最后獲得的速度 本實(shí)驗(yàn)的原理就是根據(jù)橡皮筋條數(shù)成倍增加 橡皮筋對(duì)小車做的功成倍增加 因?yàn)楹狭ψ龅墓Φ扔谛≤嚝@得的動(dòng)能 故小車獲得的動(dòng)能一定成倍增加 小車獲得速度的二次方一定 成倍增加 可作出W v2圖象進(jìn)行驗(yàn)證 答案 1 刻度尺 2 點(diǎn)距均勻 3 2W 3W4W 5W 4 如圖D28所示 圖D28 方法技巧 1 利用圖象探究物理量間的關(guān)系時(shí) 首先確定 橫 縱坐標(biāo)軸對(duì)應(yīng)的物理量及單位 2 根據(jù)表中數(shù)據(jù)確定橫 縱坐標(biāo)軸的標(biāo)度 3 認(rèn)真描出各坐標(biāo)點(diǎn) 4 連線時(shí)要注意連線原則 偏離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)要舍去 本實(shí)驗(yàn)可從多個(gè)角度進(jìn)行創(chuàng)新 比如可以利用驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置在平衡好摩擦力后 在滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量時(shí)將重物的重力作為對(duì)小車的拉力 此時(shí)可選小車作為研究對(duì)象 如果不能滿足重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 可將重物和小車整體作為研究對(duì)象 此時(shí)也可在小車與重物之間加上一個(gè)力傳感器測(cè)出小車受到的合力 在測(cè)量小車的速度時(shí) 可用速度傳感器或光電門進(jìn)行測(cè)量 也可借助平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)來測(cè)量 考向1 利用探究牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置探究合力做功 與動(dòng)能變化的關(guān)系 典題3 2017年北京卷 如圖S5 6所示 用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車 使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況 利用該裝置可以完成 探究動(dòng)能定理 的實(shí)驗(yàn) 圖S5 6 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是 A 直流電源 B 交流電源 2 實(shí)驗(yàn)中 需要平衡摩擦力和其他阻力 正確操作方法是 A 把長(zhǎng)木板右端墊高 B 改變小車的質(zhì)量 在不掛重物且 填選項(xiàng)前的字母 的情況下 輕推一下小車 若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng) 表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響 A 計(jì)時(shí)器不打點(diǎn) B 計(jì)時(shí)器打點(diǎn) 3 接通電源 釋放小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列的點(diǎn) 將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O 在紙帶上依次取A B C 若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T 測(cè)得A B C 各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1 x2 x3 如圖S5 7所示 圖S5 7 實(shí)驗(yàn)中 重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg 從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中 拉力對(duì)小車做的功W 打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v 4 以v2為縱坐標(biāo) W為橫坐標(biāo) 利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出如圖S5 8所示的v2 W圖象 由此圖象可得v2隨W變化的表達(dá)式為 根據(jù)功與能的關(guān)系 動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系 與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是 圖S5 8 5 假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響 若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件 則從理論上分析 下列各圖中正確反映v2 W關(guān)系的是 A B C D 解析 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器均使用交流電源 選B 2 平衡摩擦力和其他阻力 是通過墊高木板右端 構(gòu)成斜面 使重力沿斜面向下的分力跟它們平衡 選A 平衡摩擦力時(shí)需要讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作 紙帶跟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器限位孔間會(huì)有摩擦力 且可以通過紙帶上打出的點(diǎn)跡判斷小車的運(yùn)動(dòng)是否為勻速直線運(yùn)動(dòng) 選B 3 小車拖動(dòng)紙帶移動(dòng)的距離等于重物下落的距離 又小車所受拉力約等于重物重力 因此W mgx2 小車做勻變速直線運(yùn)動(dòng) 因此打B點(diǎn)時(shí)小車的速度為打AC段的平均速度 即 遷移拓展 某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)欲 探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系 在實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了一套如圖S5 9甲所示的裝置 圖中A為小車 B為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 C為彈簧測(cè)力計(jì) P為小桶 內(nèi)有砂子 一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板水平放置 不計(jì)繩與滑輪的摩擦 實(shí)驗(yàn)時(shí) 先接通電源再松開小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 甲 乙 圖S5 9 1 該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上 將點(diǎn)跡清楚的某點(diǎn)記為零點(diǎn) 順次選取一系列點(diǎn) 分別測(cè)量這些點(diǎn)到零點(diǎn)之間的距 離x 計(jì)算出它們與零點(diǎn)的速度平方差彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為F 小車的質(zhì)量為m 然后建立 v2 x坐標(biāo)系 通過 描點(diǎn)法得到的圖象是一條過原點(diǎn)的直線 如圖乙所示 則這條直線的斜率的意義為 填寫表達(dá)式 2 若測(cè)出小車質(zhì)量為0 4kg 結(jié)合圖象可求得小車所受合 外力的大小為 N 考向2 利用光電門探究合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系 典題4 2017年四川宜賓高三二診 某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖S5 10甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置來驗(yàn)證 動(dòng)能定理 一個(gè)電磁鐵吸住一個(gè)小鋼球 將電磁鐵斷電后 小鋼球由靜止開始向下加速運(yùn)動(dòng) 小鋼球經(jīng)過光電門 計(jì)時(shí)裝置記錄小鋼球通過光電門1和光電門2的擋光時(shí)間分別為t1和t2 用刻度尺測(cè)得兩光電門中心之間的距離為h 已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 1 該同學(xué)用游標(biāo)卡尺測(cè)量了小鋼球的直徑 結(jié)果如圖乙所示 小鋼球的直徑d cm 甲 乙 圖S5 10 2 小鋼球通過光電門1時(shí)的速度大小為 3 若上述測(cè)量的物理量滿足關(guān)系式 則動(dòng)能定理得以驗(yàn)證 第 2 3 問用所測(cè)物理量的字母表示