2019年高考物理總復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理課件 教科版.ppt

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實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ) 核心探究 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)解讀實(shí)驗(yàn) 萃取精華 注意事項(xiàng)1 平衡摩擦力 由于我們用繩的拉力確定對(duì)小車做的功 因此應(yīng)設(shè)法排除其他力的影響 實(shí)際操作中是采用把木板的一端墊高 用小車重力的分力和阻力平衡的方法來消除阻力的影響 2 盡量減小小車的加速度 因?yàn)轫来a和小盤拉著小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 砝碼和小盤處于失重狀態(tài) 小車受到的拉力小于砝碼和小盤的總重力 為減小這一系統(tǒng)誤差 應(yīng)使小車的加速度盡量小 也就是實(shí)驗(yàn)中必須滿足砝碼和小盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 誤差分析1 實(shí)驗(yàn)中我們把拉力對(duì)小車做的功與砝碼和小盤總重力所做的功認(rèn)為是一樣的 但實(shí)際上二者并不相同 這是因?yàn)轫来a和小盤的總重力與繩的拉力是不一樣的 2 在m M時(shí) 細(xì)繩的拉力近似等于砝碼和小盤的總重力 誤差較小 m越大 誤差越大 因此實(shí)驗(yàn)中應(yīng)使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的總質(zhì)量 核心探究通法悟道 拓寬思路 探究點(diǎn)一基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn) 典例1 2017 江蘇卷 10 利用如圖 甲 所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 小車的質(zhì)量為M 200 0g 鉤碼的質(zhì)量為m 10 0g 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源為50Hz的交流電 解析 1 掛鉤碼前 調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度 直至向左輕推小車 觀察到小車做勻速直線運(yùn)動(dòng) 表明此時(shí)已消除了摩擦力的影響 答案 1 小車做勻速運(yùn)動(dòng) 1 掛鉤碼前 為了消除摩擦力的影響 應(yīng)調(diào)節(jié)木板右側(cè)的高度 直至向左輕推小車觀察到 2 掛上鉤碼 按實(shí)驗(yàn)要求打出的一條紙帶如圖 乙 所示 選擇某一點(diǎn)為O 依次每隔4個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 用刻度尺量出相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 x 記錄在紙帶上 計(jì)算打出各計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)小車的速度v 其中打出計(jì)數(shù)點(diǎn) 1 時(shí)小車的速度v1 m s 答案 2 0 228 3 將鉤碼的重力視為小車受到的拉力 取g 9 80m s2 利用W mg x算出拉力對(duì)小車做的功W 利用Ek Mv2算出小車動(dòng)能 并求出動(dòng)能的變化量 Ek 計(jì)算結(jié)果見下表 請(qǐng)根據(jù)表中的數(shù)據(jù) 在方格紙上作出 Ek W圖像 解析 3 根據(jù)表格中的數(shù)據(jù) 描點(diǎn)作圖 答案 3 如圖所示 答案 4 0 093 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 Ek總是略小于W 某同學(xué)猜想是由于小車所受拉力小于鉤碼重力造成的 用題中小車和鉤碼質(zhì)量的數(shù)據(jù)可算出小車受到的實(shí)際拉力F N 規(guī)律總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法有平均值法 列表法和圖像法 本題主要采用了后兩種方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 列表法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)明表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系 便于檢查測(cè)量結(jié)果和運(yùn)算是否合理 有助于發(fā)現(xiàn)和分析問題 而且列表法還是圖像法的基礎(chǔ) 圖像法的優(yōu)點(diǎn)是通過作圖可以找到或反映物理量之間的變化關(guān)系 并便于找出其中的規(guī)律 確定對(duì)應(yīng)量的函數(shù)關(guān)系 題組沖關(guān) 1 2018 江南十校聯(lián)考 如圖 甲 所示是某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)做探究 橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn) 圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出一沿木板滑行的情形 這時(shí) 橡皮筋對(duì)小車做功記為W 當(dāng)用2條 3條 n條完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 第n次實(shí)驗(yàn)時(shí) 每次橡皮筋都被拉伸到同一位置釋放 小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出 圖 乙 為某次實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶 解析 1 要計(jì)算某點(diǎn)速度的大小 必須要測(cè)量紙帶上計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離 除了題圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外 還需要的器材是刻度尺 2 實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng) 應(yīng)采取的措施是把放打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端的木板墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮?3 小車最終做勻速運(yùn)動(dòng) 因此應(yīng)選用相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間隔相等的部分 答案 1 刻度尺 2 把木板的左端墊起適當(dāng)?shù)母叨纫云胶饽Σ亮?3 每相鄰兩點(diǎn)之間距離相等 或點(diǎn)分布均勻 1 除了圖 甲 中已給出的實(shí)驗(yàn)器材和電源外 還需要的器材有 2 實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng) 應(yīng)采取的措施是 3 每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)分布并不都是均勻的 為了測(cè)量小車最終獲得的末速度 應(yīng)選用紙帶的部分進(jìn)行測(cè)量 4 下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理表 從理論上講 橡皮筋做的功Wn與物體獲得的速度vn之間的關(guān)系是Wn 請(qǐng)你運(yùn)用表中的數(shù)據(jù)在如圖 丙 所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖像 以驗(yàn)證理論的正確性 2 2017 北京卷 21 如圖1所示 用質(zhì)量為m的重物通過滑輪牽引小車 使它在長(zhǎng)木板上運(yùn)動(dòng) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況 利用該裝置可以完成 探究動(dòng)能定理 的實(shí)驗(yàn) 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的電源是 選填選項(xiàng)前的字母 A 直流電源B 交流電源 解析 1 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器是一種使用交流電源的儀器 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 B正確 答案 1 B 2 實(shí)驗(yàn)中 需要平衡摩擦力和其他阻力 正確操作方法是 選填選項(xiàng)前的字母 A 把長(zhǎng)木板右端墊高B 改變小車的質(zhì)量在不掛重物且 選填選項(xiàng)前的字母 的情況下 輕推一下小車 若小車拖著紙帶做勻速運(yùn)動(dòng) 表明已經(jīng)消除了摩擦力和其他阻力的影響 A 計(jì)時(shí)器不打點(diǎn)B 計(jì)時(shí)器打點(diǎn) 解析 2 平衡摩擦力和其他阻力的正確操作方法是墊高長(zhǎng)木板固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端 若小車拖著的紙帶打點(diǎn)間距相等 則表明小車在長(zhǎng)木板上做勻速運(yùn)動(dòng) 此時(shí)重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力和其他阻力 答案 2 AB 3 接通電源 釋放小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 將打下的第一個(gè)點(diǎn)標(biāo)為O 在紙帶上依次取A B C 若干個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T 測(cè)得A B C 各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1 x2 x3 如圖2所示 實(shí)驗(yàn)中 重物質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量 可認(rèn)為小車所受的拉力大小為mg 從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中 拉力對(duì)小車做的功W 打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v 4 以v2為縱坐標(biāo) W為橫坐標(biāo) 利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出如圖3所示的v2 W圖像 由此圖像可得v2隨W變化的表達(dá)式為 根據(jù)功與能的關(guān)系 動(dòng)能的表達(dá)式中可能包含v2這個(gè)因子 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的單位關(guān)系 與圖線斜率有關(guān)的物理量應(yīng)是 答案 4 v2 4 7W質(zhì)量 5 假設(shè)已經(jīng)完全消除了摩擦力和其他阻力的影響 若重物質(zhì)量不滿足遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件 則從理論上分析 圖4中正確反映v2 W關(guān)系的是 探究點(diǎn)二創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn) 典例2 2016 全國(guó) 卷 22 某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究 實(shí)驗(yàn)裝置如圖 甲 所示 輕彈簧放置在光滑水平桌面上 彈簧左端固定 右端與一物塊接觸而不連接 紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接 向左推物塊使彈簧壓縮一段距離 由靜止釋放物塊 通過測(cè)量和計(jì)算 可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能 高考創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)例析 1 實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟 把紙帶向左拉直 松手釋放物塊 接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源 向左推物塊使彈簧壓縮 并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是 填入代表步驟的序號(hào) 2 圖 乙 中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz 由M紙帶所給的數(shù)據(jù) 可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為m s 比較兩紙帶可知 填 M 或 L 紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大 核心點(diǎn)撥 分析紙帶 根據(jù)紙帶上距離的變化可明確物塊何時(shí)離開彈簧 再根據(jù)平均速度法可求得脫離時(shí)的速度 根據(jù)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度可明確速度大小 從而比較彈性勢(shì)能大小 解析 1 啟動(dòng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器前 應(yīng)把紙帶拉直以減小因紙帶受到摩擦力而產(chǎn)生的誤差 實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源 再釋放物塊 故正確的操作順序是 答案 1 2 1 29M 創(chuàng)新 改進(jìn)點(diǎn)分析 1 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn) 本實(shí)驗(yàn)是把探究功和動(dòng)能變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)拓展為輕彈簧的彈性勢(shì)能與動(dòng)能變化關(guān)系 2 實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn) 將橡皮筋改為彈簧 典例3 2013 全國(guó) 卷 22 某同學(xué)利用下述裝置對(duì)輕質(zhì)彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究 一輕質(zhì)彈簧放置在光滑水平桌面上 彈簧左端固定 右端與一小球接觸而不固連 彈簧處于原長(zhǎng)時(shí) 小球恰好在桌面邊緣 如圖 a 所示 向左推小球 使彈簧壓縮一段距離后由靜止釋放 小球離開桌面后落到水平地面 通過測(cè)量和計(jì)算 可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能 回答下列問題 1 本實(shí)驗(yàn)中可認(rèn)為 彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能Ep與小球拋出時(shí)的動(dòng)能Ek相等 已知重力加速度大小為g 為求得Ek 至少需要測(cè)量下列物理量中的 填正確答案標(biāo)號(hào) A 小球的質(zhì)量mB 小球拋出點(diǎn)到落地點(diǎn)的水平距離sC 桌面到地面的高度hD 彈簧的壓縮量 xE 彈簧原長(zhǎng)l0 答案 1 ABC 2 用所選取的測(cè)量量和已知量表示Ek 得Ek 3 圖 b 中的直線是實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的s x圖線 從理論上可推出 如果h不變 m增加 s x圖線的斜率會(huì) 填 增大 減小 或 不變 如果m不變 h增加 s x圖線的斜率會(huì) 填 增大 減小 或 不變 由圖 b 中給出的直線關(guān)系和Ek的表達(dá)式可知 Ep與 x的次方成正比 答案 3 減小增大2 創(chuàng)新 改進(jìn)點(diǎn)分析 1 實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn) 通過測(cè)量小球的動(dòng)能間接測(cè)量彈簧的彈性勢(shì)能 2 數(shù)據(jù)處理的改進(jìn) 利用給出的s x圖像 推出Ep與 x的比例關(guān)系 模擬創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)沖關(guān) 1 2018 遼寧大連模擬 某同學(xué)用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車動(dòng)能變化與合外力對(duì)它所做功的關(guān)系 圖中A為小車 連接在小車后面的紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B的限位孔 它們均置于水平放置的一端帶有定滑輪的足夠長(zhǎng)的木板上 C為彈簧測(cè)力計(jì) 不計(jì)繩與滑輪的摩擦 實(shí)驗(yàn)時(shí) 先接通電源再松開小車 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn) 1 該同學(xué)在一條比較理想的紙帶上 依次選取0 1 2 3 4 5共六個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn) 分別測(cè)量后5個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)與計(jì)數(shù)點(diǎn)0之間的距離 并計(jì)算出它們與0點(diǎn)之間的速度平方差 v2 v2 v2 填入下表 請(qǐng)以 v2為縱坐標(biāo) 以x為橫坐標(biāo)在方格紙中作出 v2 x圖像 若測(cè)出小車質(zhì)量為0 2kg 結(jié)合圖像可求得小車所受合外力的大小為N 解析 1 將表中的數(shù)據(jù)分別描在題圖坐標(biāo)系中 然后在圖中用平滑曲線連接 并且使盡可能多的點(diǎn)分布在曲線上 或?qū)ΨQ分布在直線兩側(cè) 如圖所示 答案 1 圖像見解析0 25 解析 2 主要原因是長(zhǎng)木板對(duì)小車存在摩擦力 應(yīng)將木板左端墊高 以平衡摩擦力 減小誤差 答案 2 長(zhǎng)木板對(duì)小車存在摩擦力將木板左端墊高 以平衡摩擦力 2 該同學(xué)通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)小車所受合外力小于測(cè)力計(jì)讀數(shù) 明顯超出實(shí)驗(yàn)誤差的正常范圍 你認(rèn)為主要原因是 實(shí)驗(yàn)操作中改進(jìn)的措施是 創(chuàng)新 改進(jìn)點(diǎn)分析 1 實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新 可用彈簧測(cè)力計(jì)直接測(cè)繩拉力大小 故不必滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸掛物的質(zhì)量 2 數(shù)據(jù)處理的改進(jìn) 利用圖像的斜率求相關(guān)物理量 2 2018 廣州模擬 用如圖 甲 所示的實(shí)驗(yàn)裝置完成 探究動(dòng)能定理 實(shí)驗(yàn) 請(qǐng)補(bǔ)充完整下列實(shí)驗(yàn)步驟的相關(guān)內(nèi)容 1 用天平測(cè)量小車和遮光片的總質(zhì)量M 砝碼盤的質(zhì)量m0 用游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度d 游標(biāo)卡尺的示數(shù)如圖 乙 所示 其讀數(shù)為cm 按圖 甲 所示安裝好實(shí)驗(yàn)裝置 用米尺測(cè)量?jī)晒怆婇T之間的距離s 2 在砝碼盤中放入適量砝碼 適當(dāng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角 直到輕推小車 遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時(shí)間相等 解析 1 由于游標(biāo)卡尺是20分度 所測(cè)遮光片的寬度應(yīng)是主尺讀數(shù)與游標(biāo)尺兩讀數(shù)之和 即5mm 4 0 05mm 5 20mm 0 520cm 答案 1 0 520 3 取下細(xì)線和砝碼盤 記下 填寫相應(yīng)物理量及其符號(hào) 4 讓小車從靠近滑輪處由靜止釋放 用數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器分別測(cè)出遮光片經(jīng)過光電門A和光電門B所用的時(shí)間 tA和 tB 解析 3 在砝碼盤中放入適量砝碼 適當(dāng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角 直到輕推小車 遮光片先后經(jīng)過光電門A和光電門B的時(shí)間相等 這一步目的是使取下細(xì)線和砝碼盤后小車運(yùn)動(dòng)所受合外力等于砝碼和砝碼盤的重力 m m0 g 所以當(dāng)取下細(xì)線和砝碼盤時(shí) 記下砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m 答案 3 砝碼盤中砝碼的質(zhì)量m 5 步驟 4 中 小車從光電門A下滑至光電門B過程合外力做的總功W合 小車動(dòng)能變化量 Ek 用上述步驟中的物理量表示 重力加速度為g 比較W合和 Ek的值 找出兩者之間的關(guān)系 6 重新掛上細(xì)線和砝碼盤 改變砝碼盤中砝碼質(zhì)量 重復(fù) 2 5 步驟 7 本實(shí)驗(yàn)中 以下操作或要求是為了減小實(shí)驗(yàn)誤差的是 A 盡量減小兩光電門間的距離sB 調(diào)整滑輪 使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行C 砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 解析 7 盡量減小兩光電門間的距離s 會(huì)增大誤差 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 調(diào)整滑輪 使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行 這樣細(xì)線拉力等于小車做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的合外力 有利于減小誤差 選項(xiàng)B正確 本實(shí)驗(yàn)沒有用砝碼和砝碼盤的重力代替細(xì)線的拉力 故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 答案 7 B 創(chuàng)新 改進(jìn)點(diǎn)分析 1 實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn) 利用光電門測(cè)量小車的速度更準(zhǔn)確 2 實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新 通過調(diào)節(jié)長(zhǎng)木板的傾角及砝碼盤中放適量砝碼 使小車在斜面上勻速運(yùn)動(dòng) 用砝碼和砝碼盤的總重力當(dāng)做小車運(yùn)動(dòng)的合外力