2021高一物理-4.3-4.4-动能-动能定理-第二课时-学案(教科版必修2).docx

4.3-4.4 动能 动能定理 其次课时学习目标定位 1.通过试验探究合外力对物体做的功与物体动能变化的关系.2.学习利用图像法争辩合外力做功与物体动能变化的关系一、试验原理由重物通过滑轮牵引小车，当小车的质量比重物大得多时，可以把重物所受的重力当做小车受到的牵引力如图1所示图1转变重物的质量或者转变小车运动的距离，也就转变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系二、试验器材长木板(一端附有滑轮)、小车、小盘、砝码若干、打点计时器、纸带、复写纸、刻度尺、细线一、试验步骤1如图1所示，把纸带的一端固定在小车后面，另一端穿过打点计时器，转变木板的倾角，让小车重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力，使小车能做匀速运动2把细线系在小车上并绕过定滑轮，悬挂小盘，在小盘里放入适量砝码，使小车的质量远大于砝码和小盘的总质量，小车在细线的拉力作用下做匀加速运动由于砝码和小盘质量很小，可认为小车所受拉力F的大小等于砝码和小盘所受重力的大小3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点4重复以上试验，选择一条点迹清楚的纸带进行数据分析，由纸带可以得到位移和时间的信息，由砝码和小盘的质量可以知道小车所受的恒力(小车质量已知)5由试验数据得出结论二、数据处理1小车速度及外力做功的确定通过试验获得打点的纸带，利用“匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度”这一结论计算纸带上选定的点的速度，测出小车在某段时间内的位移，然后乘以重物的重力，即得外力在该段时间内对小车做的功2试验数据处理(1)计算各数据中v2、mv2和相应的合外力做功W的数值并填入下表.数据编号物理量123456速度v2/(m2s2)动能mv2/J合外力做功W/J(2)比较各次试验中合外力做的功和物体动能变化的数值，从而得到合外力对物体做的功和物体动能变化之间的关系三、留意事项1平衡摩擦力时，不挂重物，轻推小车后，小车能做匀速直线运动2计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数值与符号G的乘积表示即可例1某试验小组接受如图2所示的装置探究功与速度变化的关系，图中小车中可放置砝码，试验中，打点计时器的工作频率为50 Hz.图2(1)试验的部分步骤如下：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四周，_，_，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一系列点，_；转变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复的操作(2)图3是钩码质量为0.03 kg、砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D、E计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表中的相应位置图3纸带的测量结果测量点x/cmv/(ms1)O0.000.35A1.510.40B3.200.45CD7.150.53E9.410.60(3)本试验，若用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的试验误差，应实行的两项措施是：_；_.解析(1)将小车停在打点计时器四周后，需先接通电源，再释放小车，让其拖动纸带，待打点计时器在纸带上打下一系列点后，关闭打点计时器电源(2)在验证C点时，由题图可知，C点与刻度尺上的6.18 cm(6.16 cm6.20 cm均可)对齐，所以C点距O点的距离是xOC5.18 cm(5.16 cm5.20 cm均可)从纸带上可知C点的速度就是BD段的平均速度，vC102 m/s0.49 m/s.(3)平衡摩擦力后，绳上的拉力就等于小车受到的合外力当钩码的重力远小于小车及砝码的重力和时，绳上的拉力就近似等于钩码的重力答案(1)先接通电源再释放小车关闭打点计时器电源(2)5.18(5.165.20均可)0.49(3)平衡摩擦力钩码的重力远小于小车及砝码的重力和例2某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”如图4所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不行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图4(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，接通电源，_，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，重复的操作(2)表1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，|vv|是两个速度传感器所记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量Ek，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Ek3_，W3_.(结果保留三位有效数字)表1数据记录表次数M/kg|vv|/(m/s)2Ek/JF/NW/J10.5000.7600.1900.4000.20020.5001.6500.4130.8400.42030.5002.400Ek1.220W341.0002.4001.2002.4201.21051.0002.8401.4202.8601.430(3)依据表1在图5中作出EkW图线图5答案(1)小车然后释放小车(2)0.6000.610(3)如图所示1某同学用如图6甲所示的装置验证动能定理为了提高试验精度，该同学多次转变小滑块下落高度H的值，测出对应的平抛运动水平位移x，并算出x2如下表所示，进而画出x2H图线如图乙所示图6滑块下落高度H平抛水平位移x/cm平抛水平位移的平方x2/cm2h5.530.252h9.182.813h11.7136.894h14.2201.645h15.9252.816h17.6309.767h19.0361.008h20.6424.369h21.7470.89(1)原理分析：若滑块在下滑过程中所受阻力很小，则只要满足_，便可验证动能定理(2)试验结果分析：试验中获得的图线未过坐标原点，而交在了大约(0.2h,0)处，缘由是_答案(1)x2与H成正比(2)滑块需要克服阻力做功解析(1)若滑块在下滑过程中所受阻力很小，由动能定理，mgHmv，依据平抛运动规律，xv0t，hgt2，明显x2与H成正比，即只要满足x2与H成正比，便可验证动能定理(2)试验中获得的图线未过坐标原点，而交在了大约(0.2h,0)处，缘由是滑块需要克服阻力做功2质量为1 kg的重物自由下落，通过打点计时器在纸带上记录运动的过程，打点计时器所接电源为6 V、50 Hz的沟通电源如图7所示，纸带上O点为重物自由下落时纸带打点的起点，选取的计数点A、B、C、D、E、F、G依次间隔一个点(图中未画出)，纸带上的数据表示各计数点与O点间的距离图7(1)求出B、C、D、E、F各点对应的速度并填入下表.计数点BCDEF速度/(ms1)(2)求出物体下落时从O点到B、C、D、E、F各点过程中重力所做的功，并填入下表.计数点BCDEF功/J(3)适当选择坐标轴，在图8中作出重物重力做的功与重物速度的平方之间的关系图像图中纵坐标表示_，横坐标表示_，由图可得重力所做的功与_成_关系(g取9.8 m/s2)图8答案见解析解析(1)由题意知vB m/s1.18 m/s，同理vC1.57 m/s，vD1.96 m/s，vE2.35 m/s，vF2.74 m/s.(2)重力做的功WBmgOB19.870.6103 J0.69 J，同理WC1.23 J，WD1.92 J，WE2.76 J，WF3.76 J.(3)WGv2图像如图所示图中纵坐标表示重力做的功WG，横坐标表示物体速度的平方v2；由图可得重力所做的功与物体速度的平方成正比关系