2019年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第五章 機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五 探究動(dòng)能定理課件.ppt

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第五章機(jī)械能 實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理 過(guò)好雙基關(guān) 1 一根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s 做功為W 2 兩根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s 做功應(yīng)為 3 三根橡皮筋作用在小車上移動(dòng)距離s 做功應(yīng)為 4 利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器求出小車離開(kāi)橡皮筋的速度 列表 作圖 由圖象可以確定功與速度變化的關(guān)系 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄抗εc物體速度變化的關(guān)系 2 實(shí)驗(yàn)原理 如圖1所示 圖1 2W 3W 3 實(shí)驗(yàn)器材 小車 木板 紙帶 鐵釘 刻度尺等 4 實(shí)驗(yàn)步驟 1 墊高木板的一端 平衡 2 拉伸的橡皮筋對(duì)小車做功 用一條橡皮筋拉小車 做功W 用兩條橡皮筋拉小車 做功2W 用三條橡皮筋拉小車 做功3W 橡皮筋 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 摩擦力 3 測(cè)出每次做功后小車獲得的 4 分別用各次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的v和W繪制W v或W v2 W v3 圖象 直到明確得出W和v的關(guān)系 5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論物體速度v與外力做功W間的關(guān)系W mv2 速度 1 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1 將木板一端墊高 使小車的重力沿斜面向下的分力與平衡 方法是輕推小車 由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車是否做運(yùn)動(dòng) 找到長(zhǎng)木板的一個(gè)合適的傾角 2 測(cè)小車速度時(shí) 應(yīng)選紙帶上的點(diǎn)跡均勻的部分 也就是選小車做 運(yùn)動(dòng)的部分 3 橡皮筋應(yīng)選規(guī)格一樣的 力對(duì)小車做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可 不必計(jì)算出具體數(shù)值 4 小車質(zhì)量應(yīng)大一些 使紙帶上打的點(diǎn)多一些 摩擦阻力 勻速 勻速 2 實(shí)驗(yàn)探究的技巧與方法 1 不直接計(jì)算W和v的數(shù)值 而只是看第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)中的W和v是第1次的多少倍 簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理 2 作W v圖象 或W v2 W v3圖象 直到作出的圖象是一條傾斜的直線 研透命題點(diǎn) 例1如圖2所示是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究 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 沿木板滑行的情形 這時(shí) 橡皮筋對(duì)小車做的功記為W 當(dāng)我們把2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)時(shí) 每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放 小車在每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打出的紙帶測(cè)出 命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn) 基礎(chǔ)考點(diǎn)自主悟透 答案 解析 圖2 1 除了圖中已給出的實(shí)驗(yàn)器材外 還需要的器材有 刻度尺 解析計(jì)算小車速度需要測(cè)量紙帶上的點(diǎn)間的距離 要用刻度尺 2 平衡摩擦力后 每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的 為了測(cè)量小車獲得的速度 應(yīng)選用紙帶的部分進(jìn)行測(cè)量 答案 解析 解析小車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí) 紙帶上的點(diǎn)的間隔均勻 點(diǎn)距均勻 解析橡皮筋每增加一條 對(duì)小車做的功就增加W 3 下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表 請(qǐng)將第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫(xiě)在對(duì)應(yīng)的位置 答案 解析 2W3W4W5W 4 從理論上講 橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn 請(qǐng)你根據(jù)表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖3所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性 答案 解析 解析縱坐標(biāo)表示速度的平方 橫坐標(biāo)表示功 利用描點(diǎn)法描出各組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的點(diǎn) 然后用平滑曲線連線作出vn2 Wn圖象 如圖所示 答案見(jiàn)解析圖 圖3 vn2 變式1某學(xué)習(xí)小組做探究 合力的功和物體速度變化的關(guān)系 的實(shí)驗(yàn) 圖4中小車是在1條橡皮筋作用下彈出 沿木板滑行 這時(shí)橡皮筋對(duì)小車做的功記為W 當(dāng)用2條 3條 完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次 第3次 實(shí)驗(yàn)時(shí) 使每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致 每次實(shí)驗(yàn)中小車獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出 1 除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外 還需要導(dǎo)線 開(kāi)關(guān) 填測(cè)量工具 和 選填 交流 或 直流 電源 答案 解析 解析為測(cè)量小車獲得的速度 必須用刻度尺來(lái)測(cè)量紙帶上點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須使用交流電源 圖4 刻度尺 交流 2 實(shí)驗(yàn)中 小車會(huì)受到摩擦阻力的作用 可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡掉摩擦阻力 則下面操作正確的是A 放開(kāi)小車 能夠自由下滑即可B 放開(kāi)小車 能夠勻速下滑即可C 放開(kāi)拖著紙帶的小車 能夠自由下滑即可D 放開(kāi)拖著紙帶的小車 能夠勻速下滑即可 解析 解析平衡摩擦力時(shí) 也要平衡掉紙帶與限位孔之間的摩擦力 根據(jù)平衡狀態(tài)的特點(diǎn) 小車做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)即平衡掉了摩擦力 答案 3 若木板水平放置 小車在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng) 當(dāng)小車速度最大時(shí) 關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車所在的位置 下列說(shuō)法正確的是A 橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài)B 橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)C 小車在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處D 小車已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線 解析 解析若木板水平放置 則未平衡摩擦力 小車速度最大時(shí) 也就是加速度為零的時(shí)刻 即橡皮筋對(duì)小車的拉力等于小車受到的摩擦力的時(shí)刻 此時(shí)橡皮筋處于伸長(zhǎng)狀態(tài) 小車還未到兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處 B正確 答案 4 在正確操作情況下 打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的 為了測(cè)量小車獲得的速度 應(yīng)選用圖5中紙帶的部分進(jìn)行測(cè)量 答案 解析 解析應(yīng)該選用紙帶上小車做勻速運(yùn)動(dòng)的部分進(jìn)行測(cè)量 此時(shí)小車的速度最大 即GK部分 GK 圖5 1 裝置時(shí)代化 命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新 能力考點(diǎn)師生共研 2 求解智能化 1 摩擦阻力問(wèn)題 靠小車重力的下滑分力平衡摩擦力 自由下落阻力減少 氣墊導(dǎo)軌減少摩擦力 2 速度的測(cè)量方法 勻速運(yùn)動(dòng)速度 測(cè)量紙帶上各點(diǎn)速度 光電門(mén)v 速度傳感器直接顯示速度大小 創(chuàng)新點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新 利用重物牽引小車?yán)? 2017 北京理綜 21 如圖6所示 用質(zhì)量為m的重物通過(guò)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) 答案 解析 解析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用交流電源 圖6 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 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) 答案 解析 解析平衡摩擦力的方法為將木板一端墊高 使得重力沿木板方向的分力與摩擦力和其他阻力平衡 使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng) 判斷小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)是根據(jù)紙帶上相鄰點(diǎn)間的距離相等判定 故需計(jì)時(shí)器打點(diǎn) 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(guò)程中 拉力對(duì)小車做的功W 打B點(diǎn)時(shí)小車的速度v 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(mén) 測(cè)得A B C 各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為x1 x2 x3 如圖7所示 答案 解析 圖7 mgx2 解析拉力大小為mg O到B位移為x2 根據(jù)功的公式得W mgx2 由于小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng) B點(diǎn)為AC的時(shí)間中點(diǎn) AC段的平均速度等于B點(diǎn)的瞬時(shí)速度 即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8所示的v2 W圖象 由此圖象可得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 解析 圖8 v2 4 7W 質(zhì)量 解析因v2 W圖象為直線 則設(shè)v2 kW b 從圖中讀出b 0 005 在圖中直線上任取兩個(gè)相距較遠(yuǎn)的點(diǎn) 可得 k 4 7 在作圖誤差允許的范圍內(nèi)表達(dá)式可寫(xiě)成v2 4 7W 由等式兩端的物理量單位可知 左側(cè)單位m2 s 2 右側(cè)W單位為J 所以k的單位為所以與斜率有關(guān)的物理量是質(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 圖中正確反映v2 W關(guān)系的是 答案 解析 調(diào)整水平桌面上的氣墊導(dǎo)軌至水平 測(cè)量擋光條的寬度l 兩光電門(mén)間的中心間距s 用天平稱出滑塊和擋光條的總質(zhì)量M 托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量m 將滑塊移至光電門(mén)1左側(cè)某位置 由靜止釋放滑塊 從計(jì)時(shí)器中分別讀出擋光條通過(guò)兩光電門(mén)的時(shí)間 t1 t2 用測(cè)量的物理量求解下列物理量 1 滑塊通過(guò)光電門(mén)1和2時(shí)瞬時(shí)速度分別為v1 v2 創(chuàng)新點(diǎn)2實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新 利用光電門(mén)和氣墊導(dǎo)軌例3 2017 云南昆明模擬 利用氣墊導(dǎo)軌探究動(dòng)能定理 實(shí)驗(yàn)裝置如圖9所示 實(shí)驗(yàn)步驟如下 答案 圖9 解析 2 滑塊通過(guò)光電門(mén)1和2時(shí) 系統(tǒng) 包括滑塊 擋光條 托盤(pán)和砝碼 的總動(dòng)能分別為Ek1 Ek2 外力對(duì)系統(tǒng)做的功為W 答案 解析 解析根據(jù)動(dòng)能的定義式得 通過(guò)光電門(mén)1 mgs 在滑塊從光電門(mén)1運(yùn)動(dòng)到光電門(mén)2的過(guò)程中 外力對(duì)系統(tǒng)做的總功W mgh mgs 3 實(shí)驗(yàn)中 驗(yàn)證動(dòng)能定理是否成立的關(guān)系式為 答案 解析 解析如果W Ek Ek2 Ek1 則可認(rèn)為驗(yàn)證了動(dòng)能定理 創(chuàng)新點(diǎn)3實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新 利用傳感器例4某實(shí)驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器來(lái)探究動(dòng)能定理 如圖10所示 他們將拉力傳感器固定在小車上 用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連 用拉力傳感器記錄小車受到的拉力的大小 在水平桌面上相距50 0cm的A B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器 記錄小車通過(guò)A B時(shí)的速度大小 小車中可以放置砝碼 答案 1 實(shí)驗(yàn)主要步驟如下 測(cè)量和拉力傳感器的總質(zhì)量m1 把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上 另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連 正確連接所需裝置 圖10 小車 將小車停在C點(diǎn) 接通電源 小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng) 記錄細(xì)線拉力及小車通過(guò)A B時(shí)的速度 在小車中增加砝碼 或 重復(fù) 的操作 答案 然后釋放小車 減少砝碼 2 如表是他們測(cè)得的幾組數(shù)據(jù) 其中m是m1與小車中砝碼質(zhì)量之和 v22 v12 是兩個(gè)速度傳感器所記錄速度的二次方差的絕對(duì)值 可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量 Ek F是拉力傳感器受到的拉力 W是F在A B間所做的功 表格中的 Ek3 J W3 J 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 數(shù)據(jù)記錄表 0 600 0 610 答案 解析 W3 F3 LAB 1 220 0 500J 0 610J 3 根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖11中的坐標(biāo)紙上作出 Ek W圖線 答案 解析 解析如圖所示 答案見(jiàn)解析圖 圖11 例5為了探究動(dòng)能改變與合外力做功的關(guān)系 某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案 第一步 把帶有定滑輪的木板有滑輪的一端墊起 把質(zhì)量為M的滑塊通過(guò)細(xì)繩與質(zhì)量為m的帶夾子的重錘跨過(guò)定滑輪相連 重錘后連一穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶 調(diào)整木板傾角 直到輕推滑塊后 滑塊沿木板向下勻速運(yùn)動(dòng) 如圖12甲所示 命題點(diǎn)三實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新 能力考點(diǎn)師生共研 圖12 第二步 保持長(zhǎng)木板的傾角不變 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在長(zhǎng)木板靠近滑輪處 取下細(xì)繩和重錘 將滑塊與紙帶相連 使紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 然后接通電源 釋放滑塊 使之從靜止開(kāi)始向下加速運(yùn)動(dòng) 打出紙帶 如圖乙所示 打出的紙帶如圖丙所示 圖12 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 1 已知O A B C D E F相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為 t O點(diǎn)為打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的第一點(diǎn) 根據(jù)紙帶求滑塊運(yùn)動(dòng)的速度 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)滑塊運(yùn)動(dòng)的速度vB 答案 解析 2 已知重錘質(zhì)量為m 當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間 要測(cè)出某一過(guò)程合外力對(duì)滑塊做的功還必須測(cè)出這一過(guò)程滑塊 寫(xiě)出物理量名稱及符號(hào) 只寫(xiě)一個(gè)物理量 合外力對(duì)滑塊做功的表達(dá)式W合 答案 解析 解析由功的定義式可知還需要知道滑塊下滑的位移x 由動(dòng)能定理可知W合 Ek 即mgx Ek 下滑的位移x mgx 3 算出滑塊運(yùn)動(dòng)OA OB OC OD OE段合外力對(duì)滑塊所做的功W以及在A B C D E各點(diǎn)的速度v 以v2為縱軸 W為橫軸建立直角坐標(biāo)系 描點(diǎn)作出v2 W圖象 可知該圖象是一條 根據(jù)圖象還可求得 答案 解析 解析v2 W圖象應(yīng)該為一條過(guò)原點(diǎn)的直線 根據(jù) Ek Mv2可求得M的值 過(guò)原點(diǎn)的直線 滑塊的質(zhì)量M 變式2測(cè)量滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的合外力是探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)要解決的一個(gè)重要問(wèn)題 為此某同學(xué)設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案 A 實(shí)驗(yàn)裝置如圖13甲所示 滑塊后面夾紙帶 紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 頻率為50Hz 一端系在滑塊上的細(xì)繩通過(guò)轉(zhuǎn)軸光滑的輕質(zhì)滑輪掛上鉤碼 用墊塊將長(zhǎng)木板固定有定滑輪的一端墊起 調(diào)整長(zhǎng)木板的傾角 打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后輕推滑塊 滑塊沿長(zhǎng)木板向下做勻速直線運(yùn)動(dòng) 圖13 B 保持長(zhǎng)木板的傾角不變 取下細(xì)繩和鉤碼 打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 讓滑塊只拖著紙帶沿長(zhǎng)木板向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 請(qǐng)回答下列問(wèn)題 1 滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上所打出點(diǎn)的分布應(yīng)該是 答案 解析 解析此實(shí)驗(yàn)平衡摩擦力后 確定滑塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)的依據(jù)是 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上所打出點(diǎn)的分布應(yīng)該是等間距的 等間距 或均勻 的 2 滑塊在勻加速下滑過(guò)程中所受的合外力大小 選填 大于 等于 或 小于 鉤碼的重力大小 答案 解析 解析因?yàn)樵阢^碼作用下 滑塊做勻速運(yùn)動(dòng) 根據(jù)力的合成可知 當(dāng)去掉鉤碼后小車受到的合力大小等于鉤碼的重力大小 等于 3 當(dāng)滑塊沿長(zhǎng)木板向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí) 某同學(xué)打出的一條紙帶如圖乙所示 用刻度尺測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)1 2 3 4到計(jì)數(shù)起點(diǎn)0的距離分別為3 15cm 12 40cm 27 70cm 49 05cm 由此可得物體的加速度為m s2 計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字 答案 解析 解析根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程 在相等時(shí)間內(nèi)走過(guò)的位移差是一個(gè)定值可得a 6 06 10 2m s2 6 06m s2 4 若滑塊質(zhì)量為m0 鉤碼質(zhì)量為m 當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下1 3點(diǎn)時(shí)滑塊的速度分別為v1和v2 1 3兩點(diǎn)之間距離為s 重力加速度為g 探究結(jié)果的表達(dá)式是 用相應(yīng)的符號(hào)表示 答案 解析