高考物理单元总复习课件21.ppt

第五单元 实验：探究动能定理 • 一、实验目的 • 1．探究外力对物体做功与物体动能变化 的关系． • 2．了解探究功与物体速度变化关系的思 路． • 3．学习利用图象处理数据． • 二、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，可用图 1所示的装置进行 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 1 • 三、实验器材 • 小车 (前面带小钩 )、 100 g～ 200 g砝码、 长木板，两侧适当的对称位置钉两个铁钉 、打点计时器及纸带、学生电源及导线 ( 使用电火花计时器不用学生电源 )、 5～ 6 条等长的橡皮筋、刻度尺． • 四、实验步骤 • 1． 按如 图 1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 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． • 5．分析数据，得出 结论 • (1)测 量小 车 的速度： 实验获 得如 图 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＝ (T为 打点 计时 器的 时间间 隔 )图 2 • (2)实验 数据 记录橡皮筋 条数 位移 x/m 时间 t/s 速度 v/(m·s － 1) 速度平方 v2/(m2·s－ 2) • (3)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 )． • (4)实验结论 ：从 图 象可知功与物体速度 变 化的关系 W∝ v2. • 五、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 距均匀的那一段 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． • 六、误差分析 • 1．误差主要来源 • ① N根橡皮筋其性能不可能完全相同，即 使做功相同橡皮筋伸长量也不会完全一样 ； • ② 没有完全平衡摩擦力，所以拉力做功并 不是合力所做功； • ③ 测量位移 L带来的误差． • 2．减小 误 差的方法 • ① 选 用橡皮筋：市售橡皮筋 规 格不能 满 足 实验 要求，而且用至 4根以上 时弹 力 过 大，使打出的 纸带 点数 过 少，以致找不 出小 车 在不受 弹 力做匀速运 动时 所打出 的点迹． 为 此可以 选择 服装中使用的多 股橡皮筋松 紧带 ，其外形有 带 状和 圆 柱 状两种． • ② 实验时 可用 6根橡皮筋打出 6条 纸带 ， 连 同 O点有 7个点迹，在描 绘 W－ v2曲 线 时 比 较 容易判断曲 线 的性 质 ． • ③ 小 车 、 铁钉 、打点 计时 器在 长 木板上 的位置 应调 整适当，以保 证 打在 纸带 上 的点迹便于 处 理，求出小 车 的速度． • ④ 平衡摩擦力 时 可使木板略微 倾 斜，作 为补偿 ． • ⑤ 小 车 的 质 量 较 小，故用多条橡皮筋 时 打出的点 过 少， 应 改用 质 量稍大的小 车 ( 或加砝 码 )，以保 证 打出的点便于 处 理． • ⑥ 纸带 上的点迹并不均匀， 应该选 用点 迹均匀的部分来确定小 车 的速度． • 七、思考与讨论： • 1．如何平衡摩擦力，平衡到什么程度， 如何验证？ • (让木板有一微小的倾角；使重力沿斜面 向下的分力等于摩擦力；轻推小车可使之 匀速运动． ) • 2．如何做到每根橡皮筋所做的功都相等 ？ • (使橡皮筋完全相同，且伸长量也一样 )． • 3．思考 纸带 上打点的分布情况，如何 计 算小 车 的末速度？ • (打点之 间 的距离先增大后不 变 ，通 过 不 变 的点迹 间 距求末速度． ) • 4．如何通 过图 象 处 理数据？ • (将 图 象做成直 线 ，有利于判断物理量之 间 的关系． ) • 【 例 1】 关于 “探究 动 能定理 ”的 实验 中 ，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 • 解析： 本 实验 没有必要 测 出橡皮筋做的 功到底是多少焦耳，只要 测 出以后每次 实验时 橡皮筋做的功是第一次的多少倍 就足 够 了， A错 ； • 每次 实验时 橡皮筋拉伸的 长 度必 须 保持 一致，只有 这样 才能保 证 以后每次 实验 时 橡皮筋做的功是第一次的整数倍，否 则 ，功的数 值难 以 测 定， B错 ； • 小 车 运 动过 程中会受到阻力，只有使木 板 倾 斜到一定程度，才能减小 误 差， C错 ； • 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． • 答案： D • 【 例 2】 (2009年安徽卷 )探究力 对 原来 静止的物体做的功与物体 获 得的速度的关 系， 实验 装置如 图 3所示， 实验 主要 过 程 如下： 图 3 • A．本 实验设 法 让 橡皮筋 对 小 车 做的功 分 别为 W、 2W、 3W、 …… 所采用的方法 是 选 用同 样 的橡皮筋，并在每次 实验 中 使橡皮筋拉伸的 长 度保持一致．当用 1条 橡皮筋 进 行 实验时 ，橡皮筋 对 小 车 做的 功 为 W，用 2条、 3条 …… 橡皮筋并在一起 进 行第 2次、第 3次 …… 实验时 ，橡皮筋 对 小 车 做的功分 别 是 2W、 3W…… • B．小 车 运 动 中会受到阻力， 补偿 的方法 ，可以使木板适当 倾 斜． • C．某同学在一次 实验 中，得到一条 记录 纸带 ． 纸带 上打出的点，两端密、中 间 疏．出 现这 种情况的原因，可能是没有 使木板 倾 斜或 倾 角太小． • D．根据 记录纸带 上打出的点，求小 车 获 得的速度的方法，是以 纸带 上第一点 到最后一点的距离来 进 行 计 算． • • 解析： 放开小 车 之后，小 车 在橡皮筋的 作用下开始加速运 动 ，等到橡皮筋与小 车 分离之后，小 车 做匀速直 线 运 动 ．本 实验 中 测 的速度是小 车 匀速运 动 的速度 ，因此研究 纸带 上打下的点一定是那些 均匀分布的点，故 D不正确． • 答案： D • 高分通道 • 一定要区分 纸带 的两个不同性 质 的运 动 阶 段，防止将做加速运 动阶 段的数据用 来 计 算小 车 的速度． • 1．在用 图 4所示装置做 “探究 动 能定理 ”的 实验时 ，下列 说 法正确的是 ( ) 图 4 • A．通 过 改 变 橡皮筋的条数改 变 拉力做功 的数 值 • B．通 过 改 变 橡皮筋的 长 度改 变 拉力做功 的数 值 • C．通 过 打点 计时 器打下的 纸带 来 测 定 小 车 加速 过 程中 获 得的最大速度 • D．通 过 打点 计时 器打下的 纸带 来 测 定 小 车 加速 过 程中 获 得的平均速度 • 解析： 本 题 主要考 查 本 实验 的 实验 原理 ，考 查 学生的理解能力． 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，故 A正确， B错误 ，小 车 的速 度 对应 的是橡皮筋 对 小 车 做功完 毕时 的 情形，故 C正确． D错误 ． • 答案： AC • 2． (2010年厦门模拟 )在探究 动 能定理的 实验 中，某同学在一次 实验 中得到一条 如 图 5所示的 纸带 ， 这 条 纸带 上的点两端 较 密，中 间 稀疏，出 现这 种情况的原因 可能是 • ( ) 图 5 • A． 电 源的 频 率不 稳 定 • B．木板 倾 斜的程度太大 • C．没有使木板 倾 斜或 倾 斜角太小 • D．小 车 受到的阻力 较 大 • 解析： 出 现 上述情况的原因是小 车 先加 速再减速， 说 明开始 时 橡皮筋的 弹 力大 于摩擦力，随后又小于摩擦力，因此没有 完全平衡摩擦力． • 答案： CD • 3． (2010年山东德州期末 )某 实验 小 组 在 探究 “功与速度 变 化的关系 ”实验 中， 该 小 组 同学画出小 车 位移 x与速度 v的关系 图 象如 图 6所示，根据 该图线 形状，某同学 对 合外力做的功 w与物体的速度 v的关系 作出猜想，肯定不正确的是 ( ) 图 6