高中物理之探究动能定理实验

高中物理 高中物理公式全高中物理教学评价办法高中物理竞赛牛顿定律1高中物理知识点总结高中物理必修2功率 之探究动能定理实验 【知识建构】 做功的两个必要因素 功 恒力做功:W?Fscos? 变力做功 W 平均功率:P?或P?Fvcos? 功 t 功率 瞬时功率:P?Fvcos? 以恒定的功率启动 机车的两种启动方式 以恒定的加速度启动 12 动能:Ek?mv 2 机 械重力势能:Ep?mgh 能机械能 弹性势能:Ep?1kx2(仅适用于弹簧) 2 机械能:E?Ek ?Ep 功能关系:W??E 动能定理:W?Ek2?Ek1 基本规律 机械能守恒定律:Ek1?Ep1?Ek2?Ep2 能量转化和守恒定律 【考情分析】 —————————————————————————————————————————————————— ——— 【考点知识梳理】 1(实验目的:探究恒力做功与物体动能改变的关系( 2(实验原理:如图4,5—1，小车在一条橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行(当我们用2条、3条?同样的橡皮筋进行第2次、第3次?实验时，每次实验中橡皮筋拉伸的长度都________，那么，第2次，第3次?实验中橡皮筋对小车做的功就是第1次2倍、3倍?如果把第1次实验时橡皮筋功记为W，以后各次的功就是2W、 图4,5,1 3W?(由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由_______________器测出，也可以用其他方法测出(这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据( 以橡皮筋对车做的功为__________，小车获得的速度为__________，以第1次实验时的功W为单位，作出W—v曲线，即功—速度曲线(分析这条曲线，可以得知橡皮筋对小车做 22的功与小车获得的速度的定量关系(同样作出W—v曲线和W—mv曲线( 3(实验器材:附有定滑轮的长木板，薄木块，小车，细线，砝码盘及砝码，__________，低压交流电源、导线、天平(带一套砝码)，___________、纸带及复写纸等( 【考点知识解读】 一、探究过程 ?按图4,5—2所示安装好实验仪器(先固定打点计时器，长木————————————————————————————————————————————————————— 板的两侧A处钉两个小钉，小车放在B处挂上一根橡皮筋，使橡皮筋处于自由长度，并且AB之间的长度略小于A到木板右端的长度或大致相等，使小车从B位置运动到长木板右端时受到橡皮筋向左的拉力做减速运动的距离较小(让纸带通过打点计时器， 固定在小车上( 图4,5,2 ?将木板一端垫起来，形成一个斜面，轻推一下小车，小车做匀速运动(此时f?mgsin?( ?第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格( ?换用2条、3条、4条?同样的橡皮筋做实验，并将橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出v2、v3、v4??，橡皮筋对小车做功分别为2W、3W、4W??将数据记入录表格( ?分析纸带求出小车在橡皮筋自由长度时，即匀速运动时的速度，在纸带上找出距离相等的三个点并测出它们的距离s，求出速度v? ?记录数据 s( 2T ?建立W—v，W—v2，W—v3直角坐标系，描点并用平滑的曲线连结，探究W与v、W与v2、W与mv2的关系( ?分析图象得到结论( 图4-5-3 ————————————————————————————————————————————————————— 二、注意事项 (1)我们用2条、3条??橡皮筋进行第2次、第3次??实验时，每次实验时橡皮筋伸长的长度都应保持一致( (2)实验时可使木板略微倾斜，使小车恰能做匀速运动(平衡摩擦力) 三、 误差分析 ?橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力与橡皮筋的条数不成正比( ?小车受力为零的位置不一定在设定的B点( ?由于小车不受拉力的位置不一定在B点，这就使拉力功W与橡皮筋的条数不成正比，而作图象时纵坐标的单位长度依然将功与橡皮筋的条数按正比关系取值，这样使作出的W、v(v2、v3)各对应点的分布与W—v(v2、v3) 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数图象发生偏离( 【例题】为了探究对物体做功与物体速度变化的关系，现提供如图4,5—4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(打点计时器交流电频率为50Hz): 图4,5,4 (1)为了消除摩擦力的影响应采取什么措施? ___________________________________________________________ ________ (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应都保持一致，我们把第1次实验时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4,5—5所示是其中四次实验打出的部分纸带( 图4,5—5 试根据第?、?项中的信息，填写下表( 从表中数据可得出结论:_________________________ 解析:(1)将木板固定有打点计时器的一端垫起适当的高度，使小车缓慢匀速下滑( 结论:橡皮筋对小车做功与小车速度的平方成正比( 答案:如【解析】所示 【变式训练】与打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时器，其结构如图4,5—6甲所示，a、 b分别是光电门的激光发射和 接收装置，当有物体从a、b 间通过时，光电计时器可以显 示物体的挡光时间( 甲 乙 图4,5,6 现利用如图4,5—6乙所示装置探究动能定理(图中AB是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30?，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出(让滑块从斜面的————————————————————————————————————————————————————— 顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别 -2-2为5(00×10s、2(00×10s(已知滑块质量为2(00kg，滑块沿斜面方向的长度为5(00cm， 3光电门1和2之间的距离为0(54m，g=9(8m/s，取滑块经过光电门时的平均速度为其瞬时 速度( (1)滑块通过光电门1时的速度v1=________m/s，通过光电门2时的速度v2= _________m/s( (2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为________J，重力做的功为___________J( (3)结论:_________________________________________( 【考能训练】 A 基础达标 ?在“探究动能定理”的实验中小车会受到阻力的作用，可以使木板倾斜作为补偿，下面操作正确的是 A(使拖着纸带的小车由静止释放，小车不下滑即可 B(使拖着纸带的小车由静止释放，小车能下滑即可 C(沿木板向下推一下带纸带的小车，放手后打点计时器在纸带上打下的点距均匀即可 D(以上说法都不对 ?对于橡皮筋做的功来说，直接测量是有困难的，可以巧妙地避开这个难题而不影响问题的解决，只需要测出每次实验时橡皮筋对小————————————————————————————————————————————————————— 车做的功是每一次实验的多少倍即可，使用的方法是 A(用同样的力对小车做功，让小车通过的距离依次为s、2s、3s、?进行第1次、第2次、第3次?实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W? B(让小车通过相同的距离，第1次力为F，第2次力为2F，第3次力为3F?实验时，力对小车做的功就是W、2W、3W? C(选用同样的橡皮筋，在实验中每次橡皮筋拉伸的长度保持一致，当用1条、2条、3条?同样的橡皮筋进行第1次、第2次、第3次?实验时，橡皮筋对小车做的功的就是W、2W、3W? D(利用弹簧秤测量对小车的拉力F，利用直尺测量小车在力作用下移动的距离s，便可以求出每次实验中力对小车做的功，可控制为W、2W、3W? ?在探究动能定理的实验中，小车在运动中会受到阻力作用(这样，在小车沿木板滑行的过程中，除橡皮筋对其做功以外，还有阻力做功，这样便会给实验带来误差(解决的办法是:使木板略微倾斜，对于木板的倾斜程度，下列说法中正确的是( ) A(木板只需稍微倾斜一下即可，没有什么严格的要求 B(木板的倾斜角度在理论上应满足下面条件:即重力沿斜面的分力应等于小车受到的阻 力 C(如果小车在滑行的木板上能做匀速运动，则木板的倾斜程度是符合要求的 ————————————————————————————————————————————————————— D(其实木板不倾斜，问题也不大，因为实验总是存在误差的 ?在探究动能定理的实验中，作出的W—v曲线如图4,5—7所示，应为( ) 图4,5, 7 2?在探究动能定理的实验中，以v为横坐标，W为纵坐标，画出的图象为______，说明W与 v2的关系_________( ? 在“探究动能定理”的实验中计算小车的速度时，应选择纸带上那些点进行计算( ) A(小车开始运动的点 B(纸带上远离小车的点 C(纸带上靠近小车的点 D(确定小车作匀速运动的点 ?如图5,5—8为探究功与物体速度变化关系过程得出的一条纸带( 图4,5,8 (1)应选哪些点距离进行测量, (2)怎样根据测得的数据确定小车的速度, ?在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力成功的条件是什么, B 能力提升 ————————————————————————————————————————————————————— 图4-5-9 8.(2008广东16)(某实验小组采用图所示的装置探究“动能定理”。图中小车中可放置砝 码。实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面。打点计时器工作频率为50Hz. (1)实验的部分步骤如下: ?在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩 码; ?将小车停在打点计时器附 近， ， ，小车拖动 纸带，打点计时器上打下一列点， ; ?改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复?的操作。 (2)图4-5-10是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选 择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离S及对应时刻小 车的瞬时速度v，请将点的测量结果填在表中的相应位置。 ((C((((((((((1((((((( (3)在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功， 做负功。 2(4)实验小组根据实验数据绘出了图中的图线(其中?v2?v2?v0)。————————————————————————————————————————————————————— 根据图线可获得的图 4-5-10 结论是 。要验证“动能定理”还需 测量的物理量是摩擦力和 。 图4-5-11 9.(2009广东15)(某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”。如图，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器， 记录小车通过A、B时的速度大小、小车中可以放置砝码。 图4-5-12 (1)试验主要步骤如下: ?测量 和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连;正确连接所需电路; ?将小车停在C点， ，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度; ?在小车中增加砝码，或 ，重复?的操作( ( (2)表1是他们测得的一组数据，期中M是M1与小车中砝码质量之和，v2?v1是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计————————————————————————————————————————————————————— 算出动能变化量?E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中的?E3= ，W3= ((结果保留三位有效数字) ( 22 (3)根据表1，请在图4-5-13中的方格纸上作出?E-W图线( 10.(2009安徽21.?)(探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所师，实验主要过程如下: (1)设法让橡皮筋对小车做的功分别 为W、2W、3W、??; (2)分析打点计时器打出的纸带，求 出小车的速度v1、v2、v3、??; (3)作出W?v草图; (4)分析W?v图像。如果W?v图像是一条直线，表明?v;如果不是直线，可考虑是否存在W?v、W?v、W 以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是___________。 ((( A(本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、??。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行是实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、??橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、??实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、??。 B(小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。 C(某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，————————————————————————————————————————————————————— 两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。 D(根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一23图4-5-14 点的距离来进行计算。 —————————————————————————————————————————————————————