当前位置:首页 > 临时分类 > 2020届高三物理一轮复习 第五章 实验五 探究动能定理课件
核心考点•互动探究目录ONTENTSC实验五探究动能定理第五章机械能及其守恒定律一、实验目的1.探究外力对物体做功与物体速度变化的关系.2.通过实验数据分析,总结出做功与物体速度平方的正比关系.二、实验原理与要求[基本实验要求]1.实验目的探究功与物体速度变化的关系.2.实验原理(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为2W.(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为3W.(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度,列表、作图,由图象可以确定功与速度变化的关系.3.实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉、刻度尺等.4.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.(4)分别用各次实验测得的v和W绘制Wv或Wv2、Wv3……图象,直到明确得出W和v的关系.5.实验结论物体速度v与外力做功W间的关系W=12mv2.[规律方法总结]1.实验注意事项(1)将木板一端垫高,使小车的重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡.方法是轻推小车,由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,找到长木板的一个合适的倾角.(2)测小车速度时,应选纸带上的点均匀的部分,也就是选小车做匀速运动的部分.(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)小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些.2.实验探究的技巧与方法(1)不直接计算W的数值,而只是看第2次、第3次……实验中的W是第1次的多少倍,简化数据的测量和处理.(2)做Wv图象,或Wv2、Wv3图象,直到作出的图象是一条倾斜的直线.考点一实验原理与操作1.[实验原理]为了探究功与速度变化的关系,现提供如图所示的器材,让小车在橡皮筋的作用下弹出后沿木板滑行,请思考探究思路并回答下列问题.(打点计时器所接交流电频率为50Hz)(1)为了消除摩擦力的影响应采取的措施为_________________________________.(2)当我们分别用同样的橡皮筋1条、2条、3条……并起来进行第1次、第2次、第3次……实验时,每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致,我们把第1次实验中橡皮筋对小车做的功记为W.由于橡皮筋对小车做功而使小车获得的速度可以由打点计时器和纸带测出,如图所示是其中四次实验打出的部分纸带.试根据以上信息,填写下表.次数1234橡皮筋对小车做的功W小车速度v/(m·s-1)v2/(m2·s-2)从表中数据可得出结论:______________________________________________________________________________________________________________________.解析:(1)为了消除摩擦力的影响,应将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度,使小车在不接橡皮筋时缓慢匀速下滑.(2)由匀速运动的速度公式v=xt,可求出小车的速度,其中x可从题图中读出,分别为2.00cm、2.83cm、3.46cm、4.00cm,交流电频率为50Hz,故T=0.02s.次数1234橡皮筋对小车做的功W2W3W4W小车速度v/(m·s-1)1.001.421.732.00v2/(m2·s-2)1.002.022.994.00在误差允许的范围内,橡皮筋对小车做的功与小车速度的平方成正比.答案:见解析2.[实验操作]某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验,图中小车在1条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,使每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致.每次实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带测出.(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、________(填测量工具)和________(选填“交流”或“直流”)电源.(2)实验中,小车会受到摩擦阻力的作用,可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力,则下面操作正确的是________.A.放开小车,能够自由下滑即可B.放开小车,能够匀速下滑即可C.放开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可D.放开拖着纸带的小车,能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置,小车在两条橡皮筋作用下运动,当小车速度最大时,关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置,下列说法正确的是________.A.橡皮筋处于原长状态B.橡皮筋仍处于伸长状态C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作情况下,打在纸带上的点并不都是均匀的,为了测量小车获得的速度,应选用纸带的________部分进行测量(根据下面的纸带回答).解析:(1)为测量小车获得的速度,必须用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离;打点计时器必须使用交流电源.(2)平衡摩擦力时,也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力.根据平衡状态的特点,小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力.(3)若木板水平放置,则未平衡摩擦力.小车速度最大时,也就是加速度为零的时刻,即橡皮筋对小车的拉力等于小车受到的摩擦力的时刻,此时橡皮筋处于伸长状态,小车还未到两个铁钉的连线处,B正确.(4)应该选用纸带上小车做匀速运动的部分进行测量,此时小车的速度最大,即GK部分.答案:(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK考点二实验数据处理及误差分析3.[实验数据处理]某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系,小车在橡皮筋的作用下弹出后,沿木板滑行,打点计时器的工作频率为50Hz.(1)实验中先后用同样的橡皮筋1条、2条、3条……合并起来挂在小车的前端进行多次实验,每次都要把小车拉到同一位置再释放,把第1次只挂1条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为W1,第二次挂2条橡皮筋时橡皮筋对小车做的功记为2W1……橡皮筋对小车做功后而使小车获得的速度可由打点计时器打出的纸带测出.根据第四次的纸带(如图乙所示)求得小车获得的速度为________m/s(保留三位有效数字).(2)若根据多次测量数据画出的Wv图象如图丙所示,根据图线形状可知,W与v的关系符合实际的图象是________.解析:(1)小车的速度应从匀速运动部分取纸带计算,可得小车获得的速度为0.040.02m/s=2.00m/s.(2)根据W=12mv2,可得W是关于v的二次函数,为开口向上的抛物线,可知应选C.答案:(1)2.00(2)C4.[数据处理及分析](2017·高考江苏卷)利用如图甲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=200.0g,钩码的质量为m=10.0g,打点计时器的电源为50Hz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________.(2)挂上钩码,按实验要求打出的一条纸带如图乙所示.选择某一点为O,依次每隔4个计时点取一个计数点.用刻度尺量出相邻计数点间的距离Δx,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=________m/s.(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力,取g=9.80m/s2,利用W=mgΔx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ΔEk.计算结果见下表.W/(10-3J)2.452.923.353.814.26ΔEk/(10-3J)2.312.733.123.614.00请根据表中的数据,在方格纸上作出ΔEkW图象.(4)实验结果表明,ΔEk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=______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=0.1s,由v=vt2得v1=Δx1+Δx22T=2.06+2.50×10-22×0.1m/s=0.228m/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格数多少,确定纵坐标、横坐标皆从2.0×10-3J开始,且每小格表示0.1×10-3J.然后描点、连线,即可得所求图象.(4)对钩码有mg-F=ma,对小车有F=Ma,联立可得F=MmM+mg=0.200×0.0100.200+0.010×9.8N≈0.093N.答案:(1)小车做匀速运动(2)0.228(3)如图所示(4)0.093考点三创新实验设计在高考中,本实验易和其他力学知识结合考查,出题方式灵活,往往在教材实验基础上创设新情境.因此,要在夯实教材实验的基础上注重迁移创新能力的培养,善于用教材中的实验原理、方法和技巧处理新问题.(本实验全国课标卷命题较少,但在模拟卷和自主命题地区高考卷中以创新形式考查频度较高)创新角度实验装置图创新解读实验原理的创新(2013·高考全国大纲卷)1.运用平抛运动规律确定小物块离开C点时的速度并计算动能.2.运用动能定理求摩擦力做功及动摩擦因数.3.运用10次落点找出落点位置减小误差.创新角度实验装置图创新解读实验器材的创新(2017·高考北京卷)1.运用钩码下落确定外力对小车所做的功,由纸带求某过程中小车动能的变化.2.考查实验操作能力和对问题的分析能力.实验器材及操作创新(2018·广东广州模拟)1.由光电门求速度代替测量纸带求各点速度.2.由测力计直接测量力的大小.5.(2017·高考北京卷改编)如图甲所示,用质量为m的重物通过滑轮牵引小车,使它在长木板上运动,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况.利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验.甲(1)实验准备在符合要求的前提下,接通电源,释放小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,将打下的第一个点标为O.在纸带上依次取A、B、C……若干个计数点,已知相邻计数点间的时间间隔为T,测得A、B、C……各点到O点的距离为x1、x2、x3……如图乙所示.乙实验中,重物质量远小于小车质量,可认为小车所受的拉力大小为mg,从打O点到打B点的过程中,拉力对小车做的功W=______,打B点时小车的速度v=______.(2)以v2为纵坐标,W为横坐标,利用实验数据作出如图丙所示的v2W图象.由此图象可得v2随W变化的表达式为_____.根据功与能的关系,动能的表达式中可能包含v2这个因子,分析实验结果的单位关系,与图线斜率有关的物理量应是_____.丙(3)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响,若重物质量不满足远小于小车质量的条件,则从理论上分析,下图中正确反映v2W关系的是________.解析:(1)拉力大小为mg,O到B位移为x2,根据功的公式W=Fx,得W=mgx2.由于小车做匀加速直线运动,B点为AC时间中点,AC段平均速度等于B点瞬时速度,即v=x3-x12T.(2)由v2W图象为直线得,v2=kW+b,从图中读出b=0.01,在图中直线上任取两个相距较远的点,可得k=4.7,所以v2=4.7W+0.01.由等式两端的物理量单位可知,左侧单位m2·s-2,右侧W单位为J.所以k的单位为m2·s-2J=m2·s-2kg·m2·s-2=1kg,所以与斜率有关的物理量是质量.(3)该实验与教材实验不同,不是使用不同数量的橡皮筋,每次测量一个速度,而是重物质量确定,一次实验中取不同位置的点,测量多个速度.设小车质量为M,以重物与小车整体为研究对象,则a=mgm+M,设小车滑行x时速度为v,则v2-0=2ax,可得v2=2m+M·mgx.实验中认为W=mgx,所以v2=2m+M·W,m与M为定值,故选项A正确.答案:(1)mgx2x3-x12T(2)v2=4.7W+0.01质量(3)A6.(2018·广东广州模拟)某同学利用如图所示的装置“探究
本文标题:2020届高三物理一轮复习 第五章 实验五 探究动能定理课件
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