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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,*,*,*,物理,课标版,第5讲试验：探究动能定理,1/30,基础梳理,试验目标,1.经过试验探究外力对物体做功与物体速度关系。,2.经过试验数据分析,总结出做功与物体速度平方正比关系。,试验原理,1.不是直接测量对小车做功,而是经过改变橡皮筋条数确定对小车做,功,W,、2,W,、3,W,。,2.因为橡皮筋做功而使小车取得速度能够由纸带和打点计时器测出,也能够用其它方法测出。这么,进行若干次测量,就得到若干组功和速,度数据。,2/30,3.以橡皮筋对小车做功为纵坐标,小车取得速度为横坐标,作出,W,-,v,图线,分析这条图线,能够得知橡皮筋对小车做功与小车取得速度,定量关系。,试验器材,小车(前面带小钩)、100200 g砝码、长木板(两侧适当对称位置,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条等长橡皮筋、刻度尺。,3/30,2.先用一条橡皮筋做试验,用打点计时器和纸带测出小车取得速度,v,1,设此时橡皮筋对小车做功为,W,1,将这一组数据记入表格。,3.用2条橡皮筋做试验,试验中橡皮筋拉伸长度与第一次相同,这么橡,皮筋对小车做功为,W,2,测出小车取得速度,v,2,将数据记入表格。,4.用3条、4条,橡皮筋做试验,用一样方法测出功和速度,记入表格。,试验步骤,1.按如图所表示将试验仪器安装好。同时平衡摩擦力。,4/30,数据处理,1.测量小车速度:试验取得如图所表示纸带,为探究橡皮筋弹力做功和,小车速度关系,需要测量弹力做功结束时小车速度,即小车做匀速,运动速度,应在纸带上测量物理量是(用字母表示):,A,1,、,A,2,间距离,x,小车速度表示式是(用测量物理量表示),v,=,(,T,为打点计时器打,点时间间隔)。,5/30,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,),2.试验数据统计,6/30,3.试验数据处理及分析:在坐标纸上画出,W,-,v,和,W,-,v,2,图线(“,W,”以,一根橡皮筋做功为单位)。,4.试验结论:从图像可知功与物体速度改变关系,W,v,2,。,7/30,误差分析,1.误差主要起源是橡皮筋长度、粗细不一,使橡皮筋拉力做功,W,与橡皮筋条数不成正比。,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.利用打上点纸带计算小车速度时,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点均匀程,度判断小车是否匀速运动,从而找到木板一个适当倾角。,2.测小车速度时,纸带上点应选均匀部分。,3.橡皮筋应选规格一样。力对小车做功以一条橡皮筋做功为单,位即可,无须计算出详细数值。,4.小车质量应大一些,使纸带上打点多一些。,8/30,考点一试验原理与操作,典例1,天津理综,9(2)某同学把附有滑轮长木板平放在试验桌,上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当钩码,使小车,在钩码牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能改变关,系。另外还准备了打点计时器及配套电源、导线、复写纸、纸带、,小木块等。组装试验装置如图所表示。,9/30,若要完成该试验,必需试验器材还有哪些,。,试验开始时,他先调整木板上定滑轮高度,使牵引小车细绳与木,板平行。他这么做目标是以下哪个,(填字母代号)。,A.防止小车在运动过程中发生抖动,B.可使打点计时器在纸带上打出点迹清楚,C.能够确保小车最终能够实现匀速直线运动,D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受协力,10/30,平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发觉小车运动过快,致使,打出纸带上点数较少,难以选到适当点计算小车速度。在确保所挂,钩码数目不变条件下,请你利用本试验器材提出一个处理方法:,。,他将钩码重力做功当做细绳拉力做功,经屡次试验发觉拉力做功,总是要比小车动能增量大一些。这一情况可能是以下哪些原因造成,(填字母代号)。,A.在接通电源同时释放了小车,B.小车释放时离打点计时器太近,C.阻力未完全被小车重力沿木板方向分力平衡掉,D.钩码做匀加速运动,钩码重力大于细绳拉力,11/30,答案,刻度尺、天平(包含砝码)D可在小车上加适量砝,码(或钩码)CD,解析,计算小车动能改变需用天平测质量;在计算小车经过位,移、小车瞬时速度时都需用刻度尺测距离。只有绳与板面平行时,才能确保小车运动中与板面间压力不变,才能确保小车所受摩擦力不,变,才能确保平衡摩擦力后绳拉力等于小车所受协力,故D正确。要,增加纸带上所打下点数目,只有减小小车运动加速度。在所挂钩码,数目不变情况下只有增大小车质量,即在车上增加砝码或钩码。,当将钩码重力作为小车所受协力时,需满足几个条件:一是摩擦力被平衡,二是绳与板面平行,此二者可确保绳对车拉力等于车所受协力,但,车加速运动时钩码加速下降,钩码重力大于绳上拉力,则只有当钩码质,量远小于小车质量时二者才近似相等,故此情况可能是由C、D原因造,成。,12/30,方法指导,本试验中对小车做功应该为协力做功,试验中采取将木板倾斜方,法,使小车重力沿斜面方向分力对小车做功抵消摩擦力对小车做,功,则细绳对小车拉力做功即为协力对小车做功。,13/30,在探究恒力做功与物体动能改变量关系试验中备有以下器,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)其中多出器材是,缺乏器材是,。,(2)测量时间工具是,;测量质量工具是,。,(3)图是打点计时器打出小车(质量为,m,)在恒力,F,作用下做匀加速直线,运动纸带。测量数据已用字母表示在图中,打点计时器打点周期为,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,并对这种做法作出评价。,14/30,答案,(1)C、E毫米刻度尺,(2)电磁打点计时器天平,(3)看法析,解析,(1)计算小车速度是利用打上点纸带,故不需要停表。电磁打,点计时器应使用低压交流电源,故多出器材是C、E。,测量点与点之间距离要用毫米刻度尺,故缺乏器材是毫米刻度尺。,(2)测量时间工具是电磁打点计时器,测量质量工具是天平。,(3)能,从,A,到,B,过程中,恒力做功为,W,AB,=,Fx,AB,物体动能改变量为,E,k,B,-,E,k,A,=,m,-,m,=,m,(,),2,-,m,(,),2,=,m,15/30,只要验证,Fx,AB,=,m,即可。,优点:,A,、,B,两点距离较远,测量时相对误差较小;,缺点:只进行了一次测量验证,说服力不强。,16/30,考点二数据处理和误差分析,典例2,(湖南衡阳联考,22)某同学为探究协力做功与物体动能改,变关系,设计了以下试验,他操作步骤是:,甲,乙,17/30,按图甲摆好试验装置,其中小车质量,M,=0.4 kg,钩码总质量,m,=0.1 kg。,先接通打点计时器电源(电源频率,f,=50 Hz),然后释放小车,打出一,条纸带。,(1)经过屡次重复试验,他从打出多条纸带中选出一条打点清楚,如,图乙所表示。把打下第一点记作0,然后依次取若干个计数点,相邻计数,点间还有4个点未画出,用厘米刻度尺测得各计数点到0点距离分别为,d,1,=0.041 m,d,2,=0.055 m,d,3,=0.167 m,d,4,=0.256 m,d,5,=0.360 m,他把钩码重量,(当地重力加速度,g,=9.8 m/s,2,)作为小车所受协力,算出0点到第4个计数点,协力做功,W,=,J,打下第4个计数点时小车动能,E,k,=,J。,(结果保留三位有效数字),(2)此试验探究结果,他未能得到“协力对物体做功等于动能变,化”,且误差很大,主要原因有,。(只需答一条),18/30,答案,(1)0.2510.186(2)看法析,解析,(1)依据题意,物体所受协力为:,F,=,mg,=0.98 N,0点到第4个计数点协力做功,W,=,Fs,=,mgd,4,=0.251 J,依据匀变速直线运动中中间时刻瞬时速度等于该过程平均速度,可,求出打下第4个计数点时小车速度大小,v,4,=,其中,T,=5,0.02 s=0.1 s,d,5,=0.360 m,d,3,=0.167 m,解得,v,4,=0.965 m/s,则打下第4个计数点时小车动能,E,k,=,M,=,0.4,0.965,2,J=0.186 J,(2)主要原因:钩码质量太大;没有平衡摩擦力。,19/30,某试验小组用图甲试验装置探究协力做功与动能改变关系。铁,架台竖直固定放置在水平桌面上,长木板一端放置在水平桌面边缘,P,处,另一端放置在铁架台竖直铁杆上,使长木板倾斜放置,长木板,P,处放置一光电门,用光电计时器统计滑块经过光电门时挡光时间。,甲,20/30,试验步骤是:,用游标卡尺测出滑块上挡光片宽度,L,用天平测量滑块质量,m,。,平衡摩擦力:以木板放置在水平桌面上,P,处为轴,调整长木板在铁架,台上放置位置,使滑块恰好沿木板向下做匀速运动。在铁架台竖直杆,上记下此位置,Q,1,用刻度尺测出,Q,1,到水平面高度,H,。,保持,P,位置不变,长木板一端放置在铁架台竖直杆,Q,2,上。用刻度尺量,出,Q,1,Q,2,距离,h,1,将滑块从,Q,2,位置由静止释放,由光电门计时器读出挡光,片挡光时间,t,1,。,保持,P,位置不变,重新调整长木板一端在铁架台上放置位置,重复步,骤数次。,21/30,.滑块沿长木板由,Q,2,运动到,P,处过程中,用测量物理量回答以下问,题(已知重力加速度为,g,):,(1)滑块经过光电门速度,v,=,;,(2)滑块动能改变量,E,k,=,;,(3)滑块克服摩擦力做功,W,f,=,;,(4)协力对滑块做功,W,合,=,。,.某学生以长木板在铁架台竖直杆上放置位置到,Q,1,距离,h,为横坐,标,以滑块挡光片经过光电门挡光时间平方倒数,为纵坐标,根,据测量数据在坐标中描点画出如图乙所表示直线,直线延长线没有过坐标,原点,其原因主要是,。,乙,22/30,答案,.(1),(2),(3),mgH,(4),mgh,1,.平衡摩擦力倾角过大,解析,.(1)试验中用挡光片经过光电门平均速度作为滑块经过光,电门瞬时速度:,v,=,。(2)滑块动能改变量,E,k,=,mv,2,-0=,。(3)摩,擦力被平衡时,=tan,=,x,是,P,到铁架台水平距离,滑块从,Q,2,下滑时克,服摩擦力做功,W,f,=,mg,cos,=,mg,(,h,1,+,H,),=,mgH,。,(4)协力对滑块做功,W,合,=,W,G,-,W,f,=,mg,(,h,1,+,H,)-,mgH,=,mgh,1,。,.由题图知,h,=0时,0,则表明平衡摩擦力时长木板倾角过大。,23/30,考点三试验改进与试验创新,典例3,(河北唐山)图甲所表示装置可用来探究做功与速度改变,关系。倾角为,斜面体固定在试验台上,将光电门固定在斜面体底,端,O,点,将小球从斜面上不一样位置由静止释放。释放点到光电门距,离,d,依次为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm、30 cm。,24/30,(1)用螺旋测微器测量小球直径,如图乙所表示,小球直径,D,=,cm。,(2)该试验,(选填“需要”或“不需要”)测量小球质量;小球通,过光电门经历时间为,t,小球经过光电门速度为,(填字母),不考虑误差影响,从理论上来说,该结果,(选填“”,或“=”)球心经过光电门瞬时速度。,(3)为了探究做功与速度改变关系:依次统计试验数据以下表所表示。,试验次数,1,2,3,4,5,6,d,/,10,-2,m,5.00,10.00,15.00,20.00,25.00,30.00,v,/(ms,-1,),0.69,0.98,1.20,1.39,1.55,1.70,v,2,/(ms,-1,),2,0.48,0.97,1.43,1.92,2.41,2.86,/(ms,-1,),1/2,0.83,0.99,1.10,1.18,1.24,1.30,从表格中数据分析能够得到关于“做功与速度改变关系”结论是,。,25/30,答案,(1)0.562 6(0.562 40.562 8之间均对),(2)不需要,(3)合外力做功与小球经过光电门时速度平方成正比(或者释放点到,光电门距离,d,与小球经过光电门时速度平方成正比),解析,(1)螺旋测微器读数为,D,=(5.5+12.6,0.01)mm=5.626 mm=0.562,6 cm。(2)依据动能定理有,mgd,sin,=,mv,2,消去,m,得,gd,sin,=,所以该,试验不需要测量小球质量;小球经过光电门速度为,v,=,。小球沿,斜面做匀加速直线运动,小球经过光电门速度能够看做,t,时间内中间,时刻速度,不考虑误差影响,球心经过光电门速度能够看做,D,位移,内中点速度,由匀变速直线运动规律,能够判定中点速度大于中,间时刻速度。(3)分析表中数据可得出结论:合外力做功与小球经过,光电门时速度平方成正比(或者释放点到光电门距离,d,与小球经过,光电门时速度平方成正比),26/30,方法指导,本题创新之处主要表现在以下两个方面:,1.用重力做功(恒力做功)代替原试验中细绳拉力做功;,2.经过光电门测量速度代替原试验中经过打点纸带计算速度。,27/30,(河南周口)如图所表示,上、下两个完全相同圆弧轨道分别固定在,竖直板上不一样高度处,轨道末端水平,上轨道可上下平移,在两轨道,相对于各自轨道末端高度相同位置上各安装一个电磁铁,两个电磁铁,由同一个开关控制,通电后,两电磁铁分别吸住相同小铁球,A,、,B,断开开,关,两个小球同时开始运动。离开圆弧轨道后,A,球做平抛运动,B,球进入,一个光滑水平轨道,则:,28/30,(1),B,球进入水平轨道后将做,运动;改变上轨道高度,屡次重,复上述试验过程,总能观察到,A,球恰好砸在,B,球上,由此现象能够得出,结论是:,。,(2)某次试验恰按图示位置释放两个小球,两个小球相碰位置在水平,轨道上,P,点处,已知固定在竖直板上方格纸正方形小格边长均为,9 cm,则可计算出,A,球刚抵达,P,点时速度大小为,m/s。(,g,取10,m/s,2,结果保留两位有效数字),29/30,从而说明,A,球(或平抛运动)水平分运动是匀速直线运动。(2)由平抛,运动规律有:,x,=,v,0,t,h,=,gt,2,有:,v,0,=,x,;由动能定理有:,mv,2,=,m,+,mgh,联立可得:,v,=,=,=4.5 m/s。,答案,(1)匀速(或匀速直线),A,球(或平抛运动)水平分运动是匀速直,线运动(2)4.5,解析,(1)观察到,A,球恰好砸在,B,球上,说明两球在水平方向上,在相等,时间内,运动位移相等,又因为,B,球进入水平轨道后做匀速直线运动,30/30,
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