高考物理一輪復習 6.4.6 實驗：探究動能定理課件 粵教版必修2.ppt

第四單元實驗與探究第6課時實驗 探究動能定理 必修2第六章機械能和能源 基礎回顧 1 猜想與假設根據(jù)現(xiàn)有知識猜想 外力對物體做的功可能 物體動能的變化量 2 實驗原理實驗裝置如下圖所示 在砝碼盤中加放砝碼并釋放砝碼盤 木塊將在砝碼盤對它的拉力及長木板對它的摩擦力作用下做勻加速運動 在紙帶記錄的物體運動的勻加速階段 適當間隔地取兩個點a b 只要取計算一小段位移的 即可確定a b兩點各自的速度va vb 再數(shù)出a b兩點的時間間隔 t 根據(jù)a 算出加速度a 根據(jù)牛頓第二定律f合 ma算出f 在這段過程中物體運動的距離s可通過運動紙帶測出 我們即可算出合外力做的功 w 另一方面 此過程中物體動能的變化量為 ek 通過比較w和 ek的值 就可以找出兩者之間的關系 答案 1 等于2 平均速度 要點深化 1 實驗目的 1 通過實驗 探究功與物體速度變化的關系 2 了解探究功與物體速度變化關系的原理 2 實驗原理實驗裝置如上圖所示 在砝碼盤中加放砝碼并釋放砝碼盤 木塊將在砝碼盤對它的拉力及長木板對它的摩擦力作用下做勻加速運動 在紙帶記錄的物體運動的勻加速階段 適當間隔地取兩個點a b 只要取計算一小段位移的平均速度即可確定a b兩點各自的速度va vb 再數(shù)出a b兩點的時間間隔 t 根據(jù)a 算出加速度a 根據(jù)牛頓第二定律f合 ma算出f合 在這段過程中物體運動的距離s可通過運動紙帶測出 我們可即算出合外力做的功 另一方面 此過程中物體動能的變化量為通過比較w和 ek的值 就可以找出兩者之間的關系 在木塊運動到長木板的中間位置時 用手托住砝碼盤 砝碼盤不再對木塊有拉力 木塊將在長木板的摩擦力作用下做勻減速運動 外力對物體做負功 同樣的 我們在紙帶記錄的物體運動的勻減速階段取兩個有一定間隔的點c d 測出各自的速度vc vd 根據(jù)求出加速度a 進而求出合外力f合 并算出外力所做的功w 另一方面 物體動能的變化為比較w和 ek的值 尋找兩者的關系 3 實驗器材長木板 一端帶滑輪 刻度尺 打點計時器 紙帶 導線 電源 小車 細線 砝碼盤 砝碼 天平 4 實驗步驟及數(shù)據(jù)處理 1 用天平測出木塊的質量 把器材按圖裝置好 紙帶固定在木塊中間的方孔內 2 把木塊放在打點計時器附近 用手按住 往砝碼盤中加砝碼 接通打點計時器電源 讓它工作 放開木塊 讓它做加速運動 當木塊運動到木板中點時 用手托住砝碼盤 讓木塊在木板摩擦力作用下做減速運動 當木塊到達定滑輪處 或靜止 時 斷開電源 3 取下紙帶 在紙帶上反映物體加速運動和減速運動的兩部分點跡中較理想的一段 如下圖所示 分別各取兩點 其間點跡數(shù)不少于9點 量出sa sb sc sd和sab scd 由sa sb sc sd及相應的時間間隔 t 如0 08秒 算出va vb 利用va vb和a b間的時間間隔 tab求出a b間木塊運動的加速度aab 同法求出acd 則木塊質量m與aab acd的乘積分別表示在ab段和cd段木塊受的合力 4 根據(jù)實驗結果填好下表 看w與 ek是否相等 5 重新取計數(shù)點 重復步驟 3 和 4 再驗證一次 5 誤差分析 1 木塊與桌面的粗糙程度不固定造成實驗的誤差 2 利用打點計時器上打出的紙帶讀位移或計算速度時 測量不準確帶來誤差 題型一實驗原理探究 在 探究動能定理 的實驗中 某同學按下列步驟進行 把實驗器材按下圖安裝好 把木塊放在打點計時器附近 用手按住 往砝碼盤中加砝碼 接通打點計時器電源 待其正常工作后放開木塊 讓它做勻加速運動 當木塊運動到木板長的1 2左右時 用手托住砝碼盤 讓木塊在摩擦力作用下做勻減速運動 當木塊到達定滑輪處 或靜止 時 斷開電源 取下紙帶 在紙帶上反映物體加速運動和減速運動的兩部分點跡中較理想的一段 分別各取兩點 其間點跡數(shù)不少于9點 如圖所示 采集數(shù)據(jù) 利用紙帶上提供的信息分析 得出結論 問題 1 實驗中需不需要用天平測出木塊質量m的具體數(shù)值 2 利用紙帶上提供的信息進行分析時 若以a點為中間時刻 量出包含a點的一小段時間 t 如0 08s 內的位移為sa 則va 同理可確定vb 設從a至b的時間為 tab 在木塊加速過程中 加速度aab 木塊所受的合外力為fab 測量a b間的位移sab 試寫出木塊加速過程中外力做功與動能變化的可能關系式 答案 1 需要 點評 實驗原理探究 就是選擇題給的裝置探究物理關系或利用題給設備科學分析測量物理量可能依據(jù)的原理 同時進行實驗設計的試題 本題一定要掌握本實驗的來龍去脈 才能對上述要求進行填空 題型訓練 1 上例中 假設在減速階段也符合動能定理 試由紙帶上的信息寫出計算木塊與桌面間的動摩擦因數(shù)的表達式 答案 題型二利用橡皮筋做功探究動能定理 如下圖所示 是某研究性學習小組做探究 橡皮筋做的功和物體速度變化的關系 的實驗 圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行的情形 這時 橡皮筋對小車做的功記為w 當我們用2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進行第2次 第3次 實驗時 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放 小車每次實驗中獲得的速度由打點計時器所打的紙帶測出 1 除了圖中的已給出的實驗器材外 還需要的器材有 2 實驗時為了使小車只在橡皮筋作用下運動 應采取的措施是 3 每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的 為了測量小車獲得的速度 應選用紙帶的 部分進行測量 4 下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表 請將第2次 第3次 實驗中橡皮筋做的功填寫在對應的位置 5 從理論上講 橡皮筋做的功wn和物體速度vn變化的關系應是wn 請你運用數(shù)據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在下圖所示的坐標系中作出相應的圖象驗證理論的正確性 6 若在實驗中你做出的圖線與理論的推測不完全一致 你處理這種情況的做法是 答案 1 刻度尺 2 把木板的末端墊起適當高度以平衡摩擦力 3 點距均勻 4 2w3w4w5w 5 v2n圖象如下圖所示 6 分析誤差來源或改進試驗方案或測量手段 重新進行試驗 題型訓練 2 在用如下圖所示的裝置做 探究動能定理 的實驗中 下列說法正確的是 a 通過改變橡皮筋的條數(shù)改變拉力做功的數(shù)值b 通過改變橡皮筋的長度改變拉力做功的數(shù)值c 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的最大速度d 通過打點計時器打下的紙帶來測定小車加速過程中獲得的平均速度 解析 因為條數(shù)增大到n條 當橡皮筋被拉至同樣的長度時 做功也增大到nw 若填成 長度 是錯誤的 因為長度成倍增大 但夾角變了 力不是成倍增大 故無法確定功 速度也不能填 平均 速度 因為動能定理中做功對應的是動能的瞬時值 針對其變化量改變橡皮筋的長度會改變兩個拉力的夾角 這樣無法確定后來拉力做的功 答案 ac 題型三利用自由落體探究動能定理 物體在空中下落的過程中 重力做正功 物體的動能越來越大 為了 探究重力做功和物體動能變化的定量關系 我們提供了如圖所示的實驗裝置 1 某同學根據(jù)所學的知識結合右圖設計一個本實驗情景的命題 如圖如示 質量為m的小球在重力mg作用下從開始端自由下落至光電門發(fā)生的 通過光電門時的 試探究重力做的功 與小球動能變化量 的定量關系 請在 空格處填寫物理量的名稱和對應符號 在 空格處填寫數(shù)學表達式 2 某同學根據(jù)上述命題進行如下操作并測出如下數(shù)字 用天平測定小球的質量為0 50kg 用游標尺測出小球的直徑為10 0mm 用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離為82 80cm 電磁鐵先通電 讓小球吸在開始端 電磁鐵斷電時 小球自由下落 在小球經過光電門時間內 計時裝置記下小球經過光電門所用時間為2 50 10 3s 由此可算得小球經過光電門的速度為 m s 計算得出重力做的功為 j 小球動能變化量為 j g取9 8m s2 結果保留三位數(shù)字 3 試根據(jù) 2 下好本實驗的結論 解析 1 中根據(jù)動能定理的思想去填空 2 中采用極限思維法去計算速度 再結合以上公式計算 因小球直徑對計算的影響很小 故沒有考慮結果也正確 3 的結論下成重力做的功與物體動能的變化量成正比也可 答案 1 位移s瞬時速度vmgs 2 4 0 4 014 00 3 在誤差允許范圍內 重力做的功等于物體動能的變化量 題型訓練 3 某同學在探究功與物體速度變化的關系實驗中 設計了如圖甲所示的實驗 將紙帶固定在重物上 讓紙帶穿過打點計時器 先用手提著紙帶 使重物靜止在靠近計時器的地方 然后接通電源 松開紙帶 讓重物自由下落 計時器就在紙帶上打下一系列小點 得到的紙帶如圖乙所示 o點為計時器打下的第1個點 該同學對數(shù)據(jù)進行了下列處理 取oa ab bc 并根據(jù)紙帶算出了a b c三點的速度分別為va 0 12m s vb 0 17m s vc 0 21m s 解析 設由o到a的過程中 重力對重物所做的功為w 那么