《2020版高考物理人教版（山东专用）一轮复习课件：第五章 实验五 探究动能定理 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020版高考物理人教版（山东专用）一轮复习课件：第五章 实验五 探究动能定理 .pdf（41页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、实验五 探究动能定理实验五 探究动能定理 实验基础实验基础 命题研析命题研析 实验基础实验基础 落实基础落实基础提炼精髓提炼精髓 注意事项注意事项 1.1.平衡摩擦力平衡摩擦力. .由于我们用绳的拉力确定对小车做的功由于我们用绳的拉力确定对小车做的功, ,因此应设法排除其他因此应设法排除其他 力的影响力的影响, ,实际操作中是采用把木板的一端垫高实际操作中是采用把木板的一端垫高, ,用小车重力的分力和阻力平用小车重力的分力和阻力平 衡的方法来消除阻力的影响衡的方法来消除阻力的影响. . 2.2.尽量减小小车的加速度尽量减小小车的加速度. .因为砝码和小盘拉着小车加速运动时因为砝码和小盘拉着小车
2、加速运动时, ,砝码和小盘砝码和小盘 处于失重状态处于失重状态, ,小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力小车受到的拉力小于砝码和小盘的总重力. .为减小这一系统误为减小这一系统误 差差, ,应使小车的加速度尽量小应使小车的加速度尽量小, ,也就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远也就是实验中必须满足砝码和小盘的总质量远 小于小车的质量小于小车的质量. . 误差分析误差分析 1 1. .实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功认为是一样的实验中我们把拉力对小车做的功与砝码和小盘总重力所做的功认为是一样的, , 但实际上二者并不相同但实际上二者并不相同, ,这是因为砝码和小盘的总重力
3、与绳的拉力是不一样的这是因为砝码和小盘的总重力与绳的拉力是不一样的. . 2 2. .在在m m M M时时, ,细绳的拉力近似等于砝码和小盘的总重力细绳的拉力近似等于砝码和小盘的总重力; ;m m越大越大, ,误差越大误差越大. .因此因此 实验中应使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量实验中应使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量. . 命题研析命题研析 突破常规突破常规注重创新注重创新 命题点一 常规实验命题点一 常规实验 【典例典例1 1】 (2017(2017江苏卷江苏卷,10,10) )利用如图利用如图( (甲甲) )所示的实验装置探究恒力做功与物所示的实验装置探究恒力做功与物 体动能
4、变化的关系体动能变化的关系. .小车的质量为小车的质量为M=200.0 g,M=200.0 g,钩码的质量为钩码的质量为m=10.0 g,m=10.0 g,打点计时打点计时 器的电源为器的电源为50 Hz50 Hz的交流电的交流电. . (1)(1)挂钩码前挂钩码前, ,为了消除摩擦力的影响为了消除摩擦力的影响, ,应调节木板右侧的高度应调节木板右侧的高度, ,直至向左轻推直至向左轻推 小车观察到小车观察到 . . (2)(2)挂上钩码挂上钩码, ,按实验要求打出的一条纸带如图按实验要求打出的一条纸带如图( (乙乙) )所示所示. .选择某一点为选择某一点为O,O,依依 次每隔次每隔4 4个计
5、时点取一个计数点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用刻度尺量出相邻计数点间的距离x,x,记录记录 在纸带上在纸带上. .计算打出各计数点时小车的速度计算打出各计数点时小车的速度v,v,其中打出计数点其中打出计数点“1 1”时小车的时小车的 速度速度v v1 1= = m/s.m/s. 答案答案: :(1)(1)小车做匀速运动 小车做匀速运动 (2)0.228(2)0.228 W/(W/(1010-3 -3 J) J)2.452.452.922.923.353.353.813.814.264.26 EEk k/(/(1010-3 -3 J) J)2.312.312.732.
6、733.123.123.613.614.004.00 请根据表中的数据请根据表中的数据, ,在方格纸上作出在方格纸上作出EEk k- -W W图像图像. . 答案答案: :(3)(3)如图所示如图所示 (4)(4)实验结果表明实验结果表明,E,Ek k总是略小于总是略小于W.W.某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩某同学猜想是由于小车所受拉力小于钩 码重力造成的码重力造成的. .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=F= N.N. 答案答案: :(4)0.093(4)0.093 方法技巧方法技巧 实验数据的处理方法实验数据的处理方
7、法 处理实验数据的方法有平均值法、列表法和图像法处理实验数据的方法有平均值法、列表法和图像法, ,本题主要采用了后两种方本题主要采用了后两种方 法处理实验数据法处理实验数据. .列表法的优点是简明表示出有关物理量之间的关系列表法的优点是简明表示出有关物理量之间的关系, ,便于检便于检 查测量结果和运算是否合理查测量结果和运算是否合理, ,有助于发现和分析问题有助于发现和分析问题, ,而且列表法还是图像法而且列表法还是图像法 的基础的基础. .图像法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系图像法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系, ,并并 便于找出其中的规律便于找出其中
8、的规律, ,确定对应量的函数关系确定对应量的函数关系. . 题组训练题组训练 1.1.如图所示如图所示, ,某同学在做某同学在做“探究功与速度变化的关系探究功与速度变化的关系”的实验的实验. .当小车在当小车在1 1条橡条橡 皮筋的作用下沿木板滑行时皮筋的作用下沿木板滑行时, ,橡皮筋对小车做的功记为橡皮筋对小车做的功记为W.W.当用当用2 2条、条、3 3条条橡皮橡皮 筋重复实验时筋重复实验时, ,设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W,3W2W,3W (1)(1)图图1 1中电火花计时器的工作电压是中电火花计时器的工作电压是 V V的交流电的交流电.
9、. (2)(2)实验室提供的器材如下实验室提供的器材如下: :长木板、小车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、电长木板、小车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、电 源等源等, ,还缺少的测量工具是还缺少的测量工具是 . . 解析解析: :(1)(1)电火花计时器的工作电压是电火花计时器的工作电压是220 V220 V的交流电的交流电; ; (2)(2)处理实验数据时需要测量两计数点间的距离处理实验数据时需要测量两计数点间的距离, ,因此还需要的器材是刻度尺因此还需要的器材是刻度尺; ; 答案答案: :(1)220(1)220 (2)(2)刻度尺刻度尺 (3)(3)图图1 1中小车上有一固定小立柱中小车上有
10、一固定小立柱, ,如图如图2 2中给出了中给出了4 4种橡皮筋与小立柱的套接方种橡皮筋与小立柱的套接方 式式, ,为减小实验误差为减小实验误差, ,你认为最合理的套接方式是你认为最合理的套接方式是 . . 解析解析: :(3)(3)橡皮筋最合理的套接方式是橡皮筋最合理的套接方式是A,A,以以A A的方式套接释放小车后的方式套接释放小车后, ,橡皮筋不橡皮筋不 会影响小车的运动会影响小车的运动; ; 答案答案: :(3)A(3)A (4)(4)在正确操作的情况下在正确操作的情况下, ,某次实验所打的纸带如图某次实验所打的纸带如图3 3所示所示. .打在纸带上的点并不打在纸带上的点并不 都是均匀的
11、都是均匀的, ,为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度, ,应选用纸带的应选用纸带的 部部 分进行测量分进行测量( (根据纸带中字母回答根据纸带中字母回答),),小车获得的速度是小车获得的速度是 m/s.(m/s.(结果保结果保 留留2 2位有效数字位有效数字) ) 答案答案: :(4)GJ(4)GJ 0.650.65 2.2.(2017(2017北京卷北京卷,21,21) )如图如图1 1所示所示, ,用质量为用质量为m m的重物通过滑轮牵引小车的重物通过滑轮牵引小车, ,使它在使它在 长木板上运动长木板上运动, ,打点计时器在纸带上记录小车的运动情况打点计时器
12、在纸带上记录小车的运动情况. .利用该装置可以完利用该装置可以完 成成“探究动能定理探究动能定理”的实验的实验. . (1)(1)打点计时器使用的电源是打点计时器使用的电源是 ( (选填选项前的字母选填选项前的字母).). A.A.直流电源直流电源 B.B.交流电源交流电源 (2)(2)实验中实验中, ,需要平衡摩擦力和其他阻力需要平衡摩擦力和其他阻力. .正确操作方法是正确操作方法是 ( (选填选选填选 项前的字母项前的字母).). A.A.把长木板右端垫高把长木板右端垫高 B. B.改变小车的质量改变小车的质量 在不挂重物且在不挂重物且 ( (选填选项前的字母选填选项前的字母) )的情况下
13、的情况下, ,轻推一下小车轻推一下小车, ,若若 小车拖着纸带做匀速运动小车拖着纸带做匀速运动, ,表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响. . A.A.计时器不打点计时器不打点 B. B.计时器打点计时器打点 解析解析: :(1)(1)打点计时器是一种使用交流电源的仪器打点计时器是一种使用交流电源的仪器, ,选项选项A A错误错误,B,B正确正确; ; (2)(2)平衡摩擦力和其他阻力的正确操作方法是垫高长木板固定打点计时器的平衡摩擦力和其他阻力的正确操作方法是垫高长木板固定打点计时器的 一端一端, ,若小车拖着的纸带打点间距相等若小车拖着的纸带打点间距相等
14、, ,则表明小车在长木板上做匀速运动则表明小车在长木板上做匀速运动, , 此时重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力和其他阻力此时重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力和其他阻力. . 答案答案: :(1)B(1)B (2)A(2)A B B (3)(3)接通电源接通电源, ,释放小车释放小车, ,打点计时器在纸带上打下一系列点打点计时器在纸带上打下一系列点, ,将打下的第一个将打下的第一个 点标为点标为O.O.在纸带上依次取在纸带上依次取A,B,C A,B,C 若干个计数点若干个计数点, ,已知相邻计数点间的时间间已知相邻计数点间的时间间 隔为隔为T.T.测得测得A,B,CA,B,C各点到各点到O
15、O点的距离为点的距离为x x1 1,x,x2 2,x,x3 3,如图如图2 2所示所示. . 实验中实验中, ,重物质量远小于小车质量重物质量远小于小车质量, ,可认为小车所受的拉力大小为可认为小车所受的拉力大小为mg,mg,从打从打O O点点 到打到打B B点的过程中点的过程中, ,拉力对小车做的功拉力对小车做的功W=W= , ,打打B B点时小车的速点时小车的速 度度v=v= . . (4)(4)以以v v2 2为纵坐标为纵坐标,W,W为横坐标为横坐标, ,利用实验数据作出如图利用实验数据作出如图3 3所示的所示的v v2 2- -W W图像图像. .由此图由此图 像可得像可得v v2 2
16、随随W W变化的表达式为变化的表达式为 . .根据功与能的关系根据功与能的关系, ,动能的表达动能的表达 式中可能包含式中可能包含v v2 2这个因子这个因子; ;分析实验结果的单位关系分析实验结果的单位关系, ,与图线斜率有关的物理与图线斜率有关的物理 量应是量应是 . . 答案答案: :(4)v(4)v2 2=4.7W=4.7W 质量 质量 (5)(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响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若重物质量不满足远小于 小 车 质 量 的 条 件小 车 质 量 的 条 件 , , 则 从 理 论 上 分 析则 从 理 论 上
17、分 析 , , 图图 4 4 中 正 确 反 映中 正 确 反 映 v v 2 2 - - W W 关 系 的关 系 的 是是 . . 答案答案: :(5)A(5)A 命题点二 创新实验命题点二 创新实验 【典例典例2 2】 (2016 (2016全国全国卷卷,22),22)某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究某物理小组对轻弹簧的弹性势能进行探究, ,实实 验装置如图验装置如图( (甲甲) )所示所示: :轻弹簧放置在光滑水平桌面上轻弹簧放置在光滑水平桌面上, ,弹簧左端固定弹簧左端固定, ,右端与一右端与一 物块接触而不连接物块接触而不连接, ,纸带穿过打点计时器并与物块连接纸带穿过打点计时
18、器并与物块连接, ,向左推物块使弹簧压向左推物块使弹簧压 缩一段距离缩一段距离, ,由静止释放物块由静止释放物块, ,通过测量和计算通过测量和计算, ,可求得弹簧被压缩后的弹性可求得弹簧被压缩后的弹性 势能势能. . (1)(1)实验中涉及下列操作步骤实验中涉及下列操作步骤: : 把纸带向左拉直把纸带向左拉直 松手释放物块松手释放物块 接通打点计时器电源接通打点计时器电源 向左推物块使弹簧压缩向左推物块使弹簧压缩, ,并测量弹簧压缩量并测量弹簧压缩量 上述步骤正确的操作顺序是上述步骤正确的操作顺序是 ( (填入代表步骤的序号填入代表步骤的序号).). (2)(2)图图( (乙乙) )中中M M
19、和和L L纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果纸带是分别把弹簧压缩到不同位置后所得到的实际打点结果. . 打点计时器所用交流电的频率为打点计时器所用交流电的频率为50 Hz.50 Hz.由由M M纸带所给的数据纸带所给的数据, ,可求出在该纸带可求出在该纸带 对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为对应的实验中物块脱离弹簧时的速度为 m/s.m/s.比较两纸带可知比较两纸带可知, , ( (填填“M M”或或“L L”) )纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大纸带对应的实验中弹簧被压缩后的弹性势能大. . 核心点拨核心点拨 分析纸带分析纸带, ,根据纸带上距离的变化可明确物块何时
20、离开弹簧根据纸带上距离的变化可明确物块何时离开弹簧, , 再根据平均速度法可求得脱离时的速度再根据平均速度法可求得脱离时的速度; ;根据对应的长度可明确速度大小根据对应的长度可明确速度大小, ,从从 而比较弹性势能大小而比较弹性势能大小. . 解析解析: :(1)(1)启动打点计时器前启动打点计时器前, ,应向左推物块使弹簧压缩应向左推物块使弹簧压缩, ,并测量弹簧压缩量并测量弹簧压缩量, , 再把纸带拉直以减小因纸带受到摩擦力而产生的误差再把纸带拉直以减小因纸带受到摩擦力而产生的误差. .实验时应先接通打点实验时应先接通打点 计时器的电源计时器的电源, ,再释放物块再释放物块. .故正确的操
21、作顺序是故正确的操作顺序是. . 答案答案: :(1)(1) (2)1.29 (2)1.29 M M 【创新创新/ /改进点分析改进点分析】 1.1.实验方案的改进实验方案的改进: :本实验是把探究功和动能变化关系的实验拓展为轻弹簧本实验是把探究功和动能变化关系的实验拓展为轻弹簧 的弹性势能与动能变化关系的弹性势能与动能变化关系. . 2.2.实验器材的改进实验器材的改进: :将橡皮筋改为弹簧将橡皮筋改为弹簧. . 【典例典例3 3】 (2013(2013全国全国卷卷,22),22)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进 行探究行探究: :一轻质弹簧放
22、置在光滑水平桌面上一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上, ,弹簧左端固定弹簧左端固定, ,右端与一小球接触右端与一小球接触 而不固连而不固连; ;弹簧处于原长时弹簧处于原长时, ,小球恰好在桌面边缘小球恰好在桌面边缘, ,如图如图(a)(a)所示所示. .向左推小球向左推小球, , 使弹簧压缩一段距离后由静止释放使弹簧压缩一段距离后由静止释放: :小球离开桌面后落到水平地面小球离开桌面后落到水平地面. .通过测量通过测量 和计算和计算, ,可求得弹簧被压缩后的弹性势能可求得弹簧被压缩后的弹性势能. . 回答下列问题回答下列问题: : (1)(1)本实验中可认为本实验中可认为, ,弹簧被压缩后的弹性势
23、能弹簧被压缩后的弹性势能E Ep p与小球抛出时的动能与小球抛出时的动能E Ek k相等相等. . 已知重力加速度大小为已知重力加速度大小为g.g.为求得为求得E Ek k, ,至少需要测量下列物理量中的至少需要测量下列物理量中的 ( (填正确答案标号填正确答案标号).). 答案答案: :(1)ABC(1)ABC A.A.小球的质量小球的质量m m B.B.小球抛出点到落地点的水平距离小球抛出点到落地点的水平距离s s C.C.桌面到地面的高度桌面到地面的高度h h D.D.弹簧的压缩量弹簧的压缩量xx E.E.弹簧原长弹簧原长l l0 0 (2)(2)用所选取的测量量和已知量表示用所选取的测
24、量量和已知量表示E Ek k, ,得得E Ek k= = . . (3)(3)图图(b)(b)中的直线是实验测量得到的中的直线是实验测量得到的s s- -xx图线图线. .从理论上可推出从理论上可推出, ,如果如果h h不不 变变,m,m增加增加,s,s- -xx图线的斜率会图线的斜率会 ( (填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不变不变”););如如 果果m m不变不变,h,h增加增加,s,s- -x x 图线的斜率会图线的斜率会 ( (填填“增大增大”“”“减小减小”或或“不不 变变”).).由图由图(b) (b) 中给出的直线关系和中给出的直线关系和E Ek k的表达式可知的表达式可知
25、,E,Ep p与与xx的的 次方次方 成正比成正比. . 答案答案: :(3)(3)减小 增大 减小 增大 2 2 【创新创新/ /改进点分析改进点分析】 1.1.实验方案的改进实验方案的改进: :通过测量小球的动能间接测量弹簧的弹性势能通过测量小球的动能间接测量弹簧的弹性势能. . 2.2.数据处理的改进数据处理的改进: :利用给出的利用给出的s s- -xx图像图像, ,推出推出E Ep p与与xx的的2 2次方成正比次方成正比 关系关系. . 题组训练题组训练 1.1.为了为了“探究动能改变与合外力做功的关系探究动能改变与合外力做功的关系”, ,某同学设计了如下实验方案某同学设计了如下实
26、验方案: : 第一步第一步: :把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起, ,把质量为把质量为M M的滑块通过细绳的滑块通过细绳 与质量为与质量为m m的带夹子的重锤跨过定滑轮相连的带夹子的重锤跨过定滑轮相连, ,重锤后连一穿过打点计时器的纸重锤后连一穿过打点计时器的纸 带带, ,调整木板倾角调整木板倾角, ,直到轻推滑块后直到轻推滑块后, ,滑块沿木板向下匀速运动滑块沿木板向下匀速运动, ,如图如图( (甲甲) )所示所示. . 第二步第二步: :保持长木板的倾角不变保持长木板的倾角不变, ,将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处,
27、,取取 下细绳和重锤下细绳和重锤, ,将滑块与纸带相连将滑块与纸带相连, ,使纸带穿过打点计时器使纸带穿过打点计时器, ,然后接通电源然后接通电源, ,释释 放滑块放滑块, ,使之从静止开始向下加速运动使之从静止开始向下加速运动, ,打出纸带打出纸带, ,如图如图( (乙乙) )所示所示. .打出的纸带打出的纸带 如图如图( (丙丙) )所示所示. . 请回答下列问题请回答下列问题: : (1)(1)已知已知O,A,B,C,D,E,FO,A,B,C,D,E,F相邻计数点间的时间间隔为相邻计数点间的时间间隔为t,t,根据纸带求滑块运动的根据纸带求滑块运动的 速度速度, ,打点计时器打打点计时器打
28、B B点时滑块运动的速度点时滑块运动的速度v vB B= = . . (2)(2)已知带夹重锤质量为已知带夹重锤质量为m,m,当地的重力加速度为当地的重力加速度为g,g,要测出某一过程合外力对滑要测出某一过程合外力对滑 块做的功还必须测出这一过程滑块块做的功还必须测出这一过程滑块 ( (写出物理量名称及符号写出物理量名称及符号, , 只写一个物理量只写一个物理量),),合外力对滑块做功的表达式合外力对滑块做功的表达式W W合 合= = . . (2)(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x,x,由动能定理可知由动能定理可知W W合 合=E =Ek
29、 k, , 即即mgx=Emgx=Ek k=W.=W. (3)(3)算出滑块运动算出滑块运动OA,OB,OC,OD,OEOA,OB,OC,OD,OE段合外力对滑块所做的功段合外力对滑块所做的功W W以及在以及在A,B,C,D,EA,B,C,D,E各各 点的速度点的速度v,v,以以v v2 2为纵轴、为纵轴、W W为横轴建立直角坐标系为横轴建立直角坐标系, ,描点作出描点作出v v2 2- -W W图像图像, ,可知该图可知该图 像是一条像是一条 , ,根据图像还可求得根据图像还可求得 . . 答案答案: :(3)(3)过原点的倾斜直线 滑块的质量过原点的倾斜直线 滑块的质量M M 2.2.某校
30、物理兴趣小组利用如图某校物理兴趣小组利用如图( (甲甲) )所示装置探究合力做功与动能变化的关系所示装置探究合力做功与动能变化的关系. . 在滑块上安装一遮光条在滑块上安装一遮光条, ,系轻细绳处安装一拉力传感器系轻细绳处安装一拉力传感器( (可显示出轻细绳的拉可显示出轻细绳的拉 力力),),把滑块放在水平气垫导轨上把滑块放在水平气垫导轨上A A处处, ,细绳通过定滑轮与钩码相连细绳通过定滑轮与钩码相连, ,光电门安装光电门安装 在在B B处处. .气垫导轨充气气垫导轨充气, ,将滑块从将滑块从A A位置由静止释放后位置由静止释放后, ,拉力传感器记录的读数为拉力传感器记录的读数为F,F, 光
31、电门记录的时间为光电门记录的时间为t.t. (1)(1)用螺旋测微器测量遮光条的宽度用螺旋测微器测量遮光条的宽度, ,如图如图( (乙乙) )所示所示, ,则宽度为则宽度为 mm.mm. 答案答案: :(1)2.558 (1)2.558 解析解析: :(1)(1)根据螺旋测微器读数规则根据螺旋测微器读数规则, ,遮光条的宽度遮光条的宽度 d=2.5 mm+0.058 mm=2.558 mm.d=2.5 mm+0.058 mm=2.558 mm. (2)(2)多次改变钩码的质量多次改变钩码的质量( (拉力传感器记录的读数拉力传感器记录的读数F F相应改变相应改变),),测得多组测得多组F F和和tt 数据数据, ,要得到线性变化图像要得到线性变化图像, ,若已知选定若已知选定F F作为纵坐标作为纵坐标, ,则横坐标代表的物理量为则横坐标代表的物理量为 . . 答案答案: :(2)D(2)D (3)(3)若正确选择横坐标所代表的物理量后若正确选择横坐标所代表的物理量后, ,得出线性变化图像的斜率为得出线性变化图像的斜率为k,k,且已经且已经 测出测出A A、B B之间的距离为之间的距离为s,s,遮光条的宽度为遮光条的宽度为d,d,则滑块质量则滑块质量( (含遮光条和拉力传感含遮光条和拉力传感 器器) )的表达式为的表达式为M=M= . .