高考物理大一轮复习-第五章--实验五-探究动能定理.ppt

知识梳理,重难突破,栏目索引,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高考物理大一轮复习 第五章 实验五 探究动能定理课件,实验目的,1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系。,知识梳理,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。,实验原理,1.不是直接测量对小车做的功,而是通过改变橡皮筋条数确定对小车做的,功,W,、2,W,、3,W,。,2.由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,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。,3.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出,W,-,v,图,线,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量,关系。,实验器材,小车(前面带小钩)、100200 g的砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两,个铁钉)、打点计时器、纸带、学生电源(使用电火花计时器不用学生电,源)、导线、56条等长的橡皮筋、刻度尺。,实验步骤,1.按如图所示将实验仪器安装好。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,v,1,设,此时橡皮筋对小车做的功为,W,1,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,W,2,测出小车获得的速度,v,2,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。,数据处理,1.测量小车的速度:实验获得如图所示的纸带,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):,A,1,、,A,2,间的距离,x,小车速度,的表达式是(用测量的物理量表示),v,=,(,T,为打点计时器的打点时间间,隔)。,橡皮筋,条数,位移,x,/m,时间,t,/s,速度,v,/(ms,-1,),速度平方,v,2,/(m,2,s,-2,),3.实验数据处理及分析:在坐标纸上画出,W,-,v,和,W,-,v,2,图线(“,W,”以一根橡皮,筋做的功为单位)。,4.实验结论:从图象可知功与物体速度变化的关系,W,v,2,。,误差分析,1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一,使橡皮筋的拉力做功,W,与,橡皮筋的条数不成正比。,2.没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。,3.利用打上点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。,注意事项,1.平衡摩擦力很关键,将木板一端垫高,使小车重力沿斜面向下的分力与摩,擦力平衡。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,断小车是否匀速运动,从而找到木板一个合适的倾角。,(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量M。,典例2某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。,v2/(m2s-2),当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态。,电磁打点计时器;B.,-v2的曲线来判断(如图所示)。,解析(1)计算小车速度是利用打上点的纸带,故不需要停表。,以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出W-v图线,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。,小车(前面带小钩)、100200 g的砝码、长木板(两侧适当的对称位置钉两个铁钉)、打点计时器、纸带、学生电源(使用电火花计时器不用学生电源)、导线、56条等长的橡皮筋、刻度尺。,实验数据处理及分析:在坐标纸上画出W-v和W-v2图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)。,答案(1)C、E毫米刻度尺(2)电磁打点计时器天平,12 m/s,vB=0.,在水平桌面上相距50.,对于橡皮筋做的功来说,直接测量是有困难的。,典例2某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”。,2.测小车速度时,纸带上的点应选均匀部分的。,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。,1.(多选)在用图所示的装置做“探究动能定理”的实验时,下列说法正确的,是,(),答案AC实验采用通过增加橡皮筋的条数,使橡皮筋对小车做的功成,倍增加,故A正确,B错误。小车的最大速度对应的是橡皮筋对小车做功完,毕后的速度,故C正确,D错误。,2.对于橡皮筋做的功来说,直接测量是有困难的。我们可以巧妙地避开这,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,是第一次实验时的多少倍,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,x,、2,x,、3,x,进行第1,次、第2次、第3次,实验时,力对小车做的功就是,W,、2,W,、3,W,B.让小车通过相同的距离,第1次力为,F,第2次力为2,F,、第3次力为3,F,实验时,力对小车做的功就是,W,、2,W,、3,W,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就是,W,、2,W,、3,W,F,利用直尺测量小车在力作用下移,动的位移,x,便可以求出每次实验中力对小车做的功,可控制为,W,、2,W,、3,W,答案C实际操作为第1次用一条橡皮筋,以后各次分别用2条、3条,相同的橡皮筋,且每次拉到同样的长度,即能得到,W,、2,W,、3,W,。,3.某同学在探究功与物体速度变化的关系实验中,设计了如图甲所示的实,验,将重物固定在纸带上,让纸带穿过打点计时器,先用手提着纸带,使重物,静止在靠近计时器的地方。然后接通电源,松开纸带,让重物自由下落,计,时器就在纸带上打下一系列小点。得到的纸带如图乙所示,O,点为计时器,打下的第1个点,该同学对数据进行了下列处理,取,OA,=,AB,=,BC,并根据纸带,算出了,A,、,B,、,C,三点的速度分别为,v,A,=0.12 m/s,v,B,=0.17 m/s,v,C,=0.21 m/s。,根据以上数据你能否大致判断,W,v,2,?,甲,乙,12 m/s,vB=0.,这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据。,缺点:只进行了一次测量验证,说服力不强。,由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。,通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系。,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就是W、2W、3W,答案C实际操作为第1次用一条橡皮筋,以后各次分别用2条、3条,没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。,以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出W-v图线,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。,这样,进行若干次测量,就得到若干组功和速度的数据。,以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出W-v图线,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。,以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标,作出W-v图线,分析这条图线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。,通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系。,首先要做的步骤是。,没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。,解析E3=M(|-|)=2.,缺点:只进行了一次测量验证,说服力不强。,由计算可知,10,-2,m,2,/s,2,10,-2,m,2,/s,2,10,-2,m,2,/s,2,2,3,即,2,3,由以上数据可判定,W,v,2,是正确的,也可以根据,W,-,v,2,的曲线来判断(如图所示)。,答案见解析,解析设由,O,到,A,的过程中,重力对重物所做的功为,W,那么由,O,到,B,过程中,重力对重物所做的功为2,W,由,O,到,C,的过程中,重力对重物所做的功为3,W,。,4.在探究恒力做功与物体的动能改变量的关系的实验中备有下列器材:A.,电磁打点计时器;B.天平;C.停表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细线、,砝码、小车、砝码盘;H.薄木板。,(1)其中多余的器材是,缺少的器材是,。,(2)测量时间的工具是,;测量质量的工具是,。,(3)图是打点计时器打出的小车(质量为,m,)在恒力,F,作用下做匀加速直线运,动的纸带。测量数据已用字母表示在图中,打点计时器的打点周期为,T,。,请分析,利用这些数据能否验证动能定理?若不能,请说明理由;若能,请说出,做法,并对这种做法做出评价。,答案(1)C、E毫米刻度尺(2)电磁打点计时器天平,(3)见解析,解析(1)计算小车速度是利用打上点的纸带,故不需要停表。电磁打点,计时器应使用低压交流电源,故多余的器材是C、E。,测量点与点之间的距离要用毫米刻度尺,故缺少的器材是毫米刻度尺。,(2)测量时间的工具是电磁打点计时器,测量质量的工具是天平。,(3)能,从,A,到,B,的过程中,恒力做的功为,W,AB,=,Fx,AB,物体动能的变化量为,E,k,B,-,E,k,A,=,m,-,m,=,m,(,),2,-,m,(,),2,=,m,只要验证,Fx,AB,=,m,即可。,优点:,A,、,B,两点的距离较远,测量时的相对误差较小;,缺点:只进行了一次测量验证,说服力不强。,一、对实验原理的理解,重难突破,典例1,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,了一套如图所示的装置,另外他们还找到了学生电源、导线、复写纸、纸,带、滑块、细沙。当滑块连接上纸带,用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小桶,滑块处于静止状态。若你是小组中的一位成员,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沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙,和沙桶的总质量应满足的实验条件是,实验时,首先要做的步骤是,。,(3)在(2)的基础上,某同学用天平称量滑块的质量,M,。往沙桶中装入适量的,细沙,用天平称出此时沙和沙桶的总质量,m,。让沙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,和这两点的速度大小,v,1,与,v,2,(,v,1,v,2,)。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)。,可见只有,m,M,时,F,才基本等于,mg,。,(3)对滑块来说,合外力做的功,W,=,mgL,此过程中动能的增加量,E,k,=,M,-,M,故最终要验证的“动能定理”表达式为:,mgL,=,M,-,M,。,答案(1)天平、刻度尺,(2)沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量平衡摩擦力,(3),mgL,=,M,-,M,解析(1)测量滑块的质量及沙和沙桶的总质量必须用到天平,而对纸带,进行数据处理要用到刻度尺。,(2)平衡摩擦力以后,由牛顿第二定律可求出,滑块受到的合力,F,=,=,二、实验数据的处理,典例2,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,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,M,1,;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,其中,M,是,M,1,与小车中砝码质量之和,|,-,|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,E,3,=,W,3,=,。(结果保留三位有效数字),表1数据记录表,次数,M,/kg,|,-,|/(m/s),2,E,/J,F,/N,W,/J,1,0.500,0.760,0.190,0.400,0.200,2,0.500,1.65,0.413,0.840,0.420,3,0.500,2.40,E,3,1.22,W,3,4,1.00,2.40,1.20,2.42,1.21,5,1.00,2.84,1.42,2.86,1.43,(3)根据表1,请在图中的方格纸上作出,E,-,W,图线。,解析,E,3,=,M,(|,-,|)=,2.40 J=0.600 J,W,3,=,F,3,s,0.500 J=0.610 J。,答案(1)小车释放小车改变钩码数量,(3)如图,