2014届高考物理人教版一轮总复习配套课件 5.4 实验五：探究动能定理.ppt

1、小车受到重力、支持力、摩擦力、橡皮筋的弹力；需要平衡摩擦力；小车受的合外力是橡皮筋的拉力。改变橡皮筋的条数。1.实验目的是什么?2.实验中小车受到哪些力的作用力？是否需要平衡摩擦力？小车所受合外力是什么？采用什么方法改变合外力对小车做的功？3.在改变橡皮筋条数做实验的过程中，每次释放小车有何要求？实验目的：探究外力对物体做功与物体动能变化的关系，即动能定理。释放位置相同，无初速度释放，橡皮筋与木板平行。学案4 实验五：探究动能定理一、实验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的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如图5-4-1所示的装置进行

2、实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加。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v。图5-4-15.分析数据，得出结论。(1)测量小车的速度：实验获得如图5-4-2所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，应在纸带上测量的物理量是(用字母表示)：A1、A2间的距离x，小车速度的表达式是(用测量的物理量表示)v=x/T(T为打点计时器的时间间隔)。(2)实验数据记录(3)实验数据处理及分析：在坐标纸上(如图5-4-3)画出W-v或W-v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。(4)实验结论：从图象可知功

3、与物体速度变化的关系Wv2。1.按上图将实验仪器安装好。同时平衡摩擦力。2.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，设此时橡皮筋对小车做的功为W1，将这一组数据记入表格。3.用2条橡皮筋做实验，实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同，这样橡皮筋对小车做的功为W2，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格。4.用3条、4条橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格。橡皮筋条数位移x/m时间t/s速度v/(ms-1)速度平方v2/(m2s-2)二、实验步骤图5-4-2图5-4-3 三、注意事项1.平衡摩擦力实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研

4、究的是橡皮筋做的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫高的方法来实现。将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就能消除摩擦力的影响。判断是否已平衡掉摩擦力的方法是，轻推一下小车，观察小车不受其他力时能在木板上做匀速运动。2.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。3.实验数据处理时，以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时的功W为单位，作出W-v图象，分析这条图线，可以得知橡皮筋对小车做的功W与小车获得的速度v的定量关系。4.打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距

5、均匀的那段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形。四、误差分析误差是不可避免的。为减小本实验的实验误差，要注意以下几个方面的问题：1.在长木板上，小车、铁钉、打点计时器的位置应调整适当，以保证打在纸带上的点便于处理，求出小车运动的速度。2.平衡摩擦力时，可使木板略微倾斜，作为补偿，保证小车脱离橡皮筋后做匀速运动。3.小车的质量适当大些，当用多条橡皮筋时，打出的点也不会过少，以保证打出的点便于处理。例1 某学习小组做“探究合力的功和物体速度变化关系”的实验，装置如图5-4-4甲所示，图中小车在一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。当用两条、三条

6、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)除了图中有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和电源_ (选填“交流”或“直流”)。(2)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(3)在正确操作情况下，打在纸带上的点并不都是均匀的，如图5-4-5所示，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_部分进行测量(根据下面所示的纸带

7、回答)。图5-4-4(4)下面是本实验中的数据记录表：从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系Wn_。请运用表中测定的数据在图5-4-4乙所示的坐标系中作相应的图象，验证理论的正确性。橡皮筋做功10个间隔距离10个间隔时间小车获得速度v0/(ms-1)小车速度的平方v02/(m2s-2)1W0.288 00.21.442.0722W0.417 60.22.094.3633W0.489 60.22.455.9944W0.590 40.22.958.7155W0.648 00.23.2410.50(1)无论是电磁打点计时器还是电火花计时器都用交流电源。(2)木板水平时，小车运动会受到阻

8、力，当橡皮筋的弹力等于阻力时速度最大，此时橡皮筋还处于伸长状态，B正确。(3)木板倾斜时，小车最后匀速运动，要选点距均匀的部分求小车速度，故选GK段。(4)根据表格数据知，在误差允许范围内，Wnvn2。选定纵、横坐标标度见上图，根据数据标出各点，这些点均匀分布在一条直线周围，故Wnvn2。(1)交流(2)B (3)GK(学生只要取匀速部分均正确)(4)vn2 如图5-4-6所示图5-4-6例2 2012年高考江苏物理卷为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图5-4-7所示的装置进行实验。实验中，当木块A位于水平桌面上的O点时，重物B刚好接触地面。将A拉到P点，待B稳定后由静止释放，A最

9、终滑到Q点。分别测量OP、OQ的长度h和s。改变h，重复上述实验，分别记录几组实验数据。(1)实验开始时，发现A释放后会撞到滑轮。请提出两个解决方法。(2)请根据下表的实验数据作出sh关系的图象。(3)实验测得A、B的质量分别为m0.40 kg、M0.50 kg。根据sh图象可计算出A木块与桌面间的动摩擦因数。(结果保留一位有效数字)(4)实验中，滑轮轴的摩擦会导致的测量结果(选填“偏大”或“偏小”)。图5-4-7(1)实验开始时发现A释放后会撞到滑轮，主要是加速度过大或加速时间过长，可以通过减小B的质量或增大A的质量来减小加速度，通过增加细线的长度或降低B的起始高度来缩短加速时间。(2)sh

10、图象如图5-4-8所示。图5-4-81.在“探究动能定理”实验中，某实验小组采用如图5-4-7所示的装置。实验步骤如下：把纸带的一端固定在小车的后面，另一端穿过打点计时器改变木板的倾角，以重力沿斜面方向的分力平衡小车及纸带受到的摩擦力用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连接通电源，放开小车，让小车拖着纸带运动，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，测出x、x1、x2(如图5-4-8所示)，查得打点周期为T。判断重力的分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是_；本实验还需直接测量的物理量是：_。(并用相应的符号表示)探究结果的表达式是_。(用相应的符号表示)mgx=(1/2)

11、Mx2/(2T)2-(1/2)Mx1/(2T)2图5-4-7图5-4-8纸带上点迹间距相等小车的质量M、砂及砂桶的质量m2.某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。如图5-4-9，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。在水平桌面上相距50.0 cm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。(1)实验主要步骤如下：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

12、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)下表是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22-v12|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)数据记录表(3)根据上表，请在图5-4-10中的方格纸上作出E-W图线。小车、砝码然后释放小车减少砝码0.6000.610次数M/kg|v12-v22|/(m/s)2E/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.650.4130.8400

13、.42030.5002.40E31.220W341.0002.401.202.4201.2151.0002.841.422.8601.43图5-4-9图5-4-101.关于“探究动能定理”的实验，下列叙述正确的是()A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B.每次实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C.放小车的长木板应该尽量使其水平D.先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出D本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少，只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了，A错误；每次实验橡皮筋伸长的长度必须保持一致，只有这样才能保证以后各次实验时，橡皮筋做的功是第

14、一次实验时的整数倍，B错误；小车运动中会受到阻力，只有使木板倾斜到一定程度，才能减小误差，C错误；实验时，应该先接通电源，让打点计时器开始工作，然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出，D正确。2.某兴趣小组在做“探究做功和物体速度变化关系”的实验前，提出以下几种猜想：Wv，Wv2，W，他们的实验装置如图5-4-11甲所示，PQ为一块倾斜放置的木块，在Q固定一个速度传感器(用来测量物体每次通过Q点的速度)。在刚开始实验时，有位同学提出，不需要测出物体质量，只要测出物体从初始位置到速度传感器的距离和读出速度传感器的示数就行了，大家经过讨论采纳了该同学的建议。(1)本实验中不需要测量物体质量的理由是什么？

15、(2)让物体分别从不同高度无初速度释放，测出物体从初始位置到速度传感器的距离L1、L2、L3、L4，读出物体每次通过速度传感器Q的速度v1、v2、v3、v4，并绘制了如图5-4-11乙所示的L-v图象。根据绘制的L-v图象，若为了更直观地看L和v 的变化关系，他们下一步应该作出()A.Lv2图象B.L图象C.L1/v图象D.L1/图象(3)本实验中，木板与物体间摩擦力的大小会不会影响探究出的结果？（1）因为WEk，而Wmg(sin-cos),Ek=1/2mv2，等式两边都有m，所以探究W与v的关系可以不用测量质量m。（2）由于题图乙是关于“Lv”图象，该图象为曲线，不便于直观地看出L和v的变化

16、关系，所以，下一步应作出“Lv2”的图象，应选A。（3）在实验中，由于物体在斜面上运动时，所受的合力是确定的，即F合mg(sin-cos)，所以摩擦力的大小不会影响L和v的关系。图5-4-113.某探究学习小组的同学欲验证“动能定理”，他们在实验室组装了一套如图5-4-12所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、小木块、细砂、天平。当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小砂桶时，释放小砂桶，滑块处于静止状态。若要完成该项实验，则：(1)你认为还需要的实验器材有_。(2)实验时为了保证滑块受到的合力与砂和砂桶的总重力大小基本相等，砂和砂桶的总质量应满足的实验条

17、件是_ _，实验时首先要做的步骤是_。(3)在(2)的基础上，某同学用天平称得滑块的质量为M。往砂桶中装入适量的细砂，用天平称出此时砂和砂桶的总质量为m。让砂桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距L，算得这两点的速度大小为v1与v2(v1v2)。则本实验最终要验证的数学表达式为_ (用题中的字母表示实验中测量得到的物理量)。mgL=(1/2)Mv22-(1/2)Mv12图5-4-12天平、刻度尺砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力该实验中的研究对象是滑块，目的是比较合外力对滑块所做的功与滑块动能的增量的关系。因为合外力不等于滑块的重力，两端质量不可能“抵消”，所以要分别测出砂、滑块的质量，还要测出滑块移动的距离，便于计算做的功和速度。实验时应注意平衡摩擦力，以减少误差，从实验方便性上考虑要把砂和砂桶的重力看做滑块的合外力，故m远远小于M，故实验表达式为mgL=1/2Mv22-1/2Mv21。