人教版高考物理一轮复习专题5机械能实验5探究动能定理课件

这是一份人教版高考物理一轮复习专题5机械能实验5探究动能定理课件，共41页。

必 备 知 识·深 悟 固 基
1．实验原理探究功与速度变化的关系，可通过改变力对物体做的功，测出力对物体做不同的功时物体的速度，为简化实验可将物体初速度设置为零，可用如图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．
2．实验器材小车(前面带小钩)、100～200 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(使用电火花计时器时不用学生电源)、5～6条相同规格的橡皮筋、刻度尺．
3．实验步骤(1)按上图所示将实验仪器安装好．(2)平衡摩擦力：在长木板有打点计时器的一端下面垫一块木板，反复移动木板的位置，直至小车上不挂橡皮筋时，纸带打出的点间距均匀，即小车能匀速运动为止．(3)先用1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W，将这一组数据记入表格．
(4)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，这时橡皮筋对小车做的功为2W，测出小车获得的速度v2，将数据记入表格．(5)用3条，4条，……橡皮筋做实验测出功和速度．
4．误差分析(1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比．(2)没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差．(3)利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差．
6．注意事项(1)平衡摩擦力很关键，将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡．方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角．(2)测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动的部分．(3)橡皮筋应选规格一样的．(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．
7．实验的改进与创新(1)本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接采集，单位时间内位移的增量就是速度．速度包括线速度和角速度，与之相对应的就有线速度传感器和角速度传感器，我们都统称为速度传感器．传感器是一种将非电量(如速度、压力)的变化转变为电量变化的元件，根据转换的非电量不同可分为压力传感器、速度传感器、温度传感器等，是进行测量、控制仪器及设备的零件、附件．
(2)本实验也可用钩码牵引小车完成，在小车上安装拉力传感器测出拉力的大小，再测出位移的大小，进而确定力做功的多少．把长木板换成气垫导轨，省略平衡摩擦力的操作步骤，达到简化实验过程、提高实验精度的目的．
关 键 能 力·突 破 要 点
命题一　课标教材原型实验　[基础考查]
例1　(2020年全国卷Ⅲ)某同学利用图甲所示装置验证动能定理．调整木板的倾角平衡摩擦阻力后，挂上钩码，钩码下落，带动小车运动并打出纸带．某次实验得到的纸带及相关数据如图乙所示．
(1)已知打出图乙中相邻两点的时间间隔为0.02 s，从图乙给出的数据中可以得到，打出B点时小车的速度大小vB＝________m/s，打出P点时小车的速度大小vP＝________m/s(结果均保留2位小数)．(2)若要验证动能定理，除了需测量钩码的质量和小车的质量外，还需要从图乙给出的数据中求得的物理量为________．【答案】(1)0.36　1.80　(2)B、P之间的距离
变式1　某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验，如图甲所示，小车是在一条橡皮筋作用下弹出并沿木板滑行，橡皮筋对小车做的功记为W．当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致)，每次实验中小车获得的速度可根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算．
(1)除了图甲中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和________(填“交流”或“直流”)电源．(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是________．A．放开小车，能够自由下滑即可B．放开小车，能够匀速下滑即可C．放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可D．放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可
(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是________．A．橡皮筋处于原长状态B．橡皮筋仍处于伸长状态C．小车在两个铁钉的连线处D．小车已过两个铁钉的连线
【答案】(1)交流　(2)D　(3)B　(4)GJ
【解析】(1)打点计时器使用的是交流电源．(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，D正确．(3)水平放置木板，放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的合力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，小车没过两个铁钉的连线，B正确，A、C、D错误．(4)从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量．
变式2　(2021年枣阳联考)为验证“动能定理”，某同学设计实验装置如图甲所示，木板倾斜构成固定斜面，斜面B处装有图乙所示的光电门．
(1)如图丙所示，用10分度的游标卡尺测得挡光条的宽度d＝____cm.(2)装有挡光条的物块由A处静止释放后沿斜面加速下滑，读出挡光条通过光电门的挡光时间t，则物块通过B处时的速度为________．(用字母d，t表示)(3)测得A，B两处的高度差为H、水平距离为L．已知物块与斜面间的动摩擦因数为μ，当地的重力加速度为g，为了完成实验，需要验证的表达式为________________．(用题中所给物理量符号表示)
命题二　实验创新拓展　[创新考查]
1．实验原理的创新(1)合外力若为恒力，保持合外力不变，使物体的位移成倍增加，合外力做功也成倍增加．(2)平衡摩擦力后，利用力传感器或弹簧测力计测量出拉力大小，即为合外力大小，根据功的表达式计算出功的大小．(3)平衡摩擦力后，若拉力大小无法测量，可用重物的重力近似替代轻绳拉力大小．
2．实验数据的创新(1)用光电门测量物体的速度．(2)用速度传感器测量物体的速度．
例2　某实验小组采用如图所示的装置来探究“功与速度变化的关系”．实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面．实验的部分步骤如下：
①将一块一端带有定滑轮的长木板固定在桌面上，在长木板的另一端固定一打点计时器；②把纸带穿过打点计时器的限位孔，连在小车后端，用细绳跨过定滑轮连接小车和钩码；③把小车拉到靠近打点计时器的位置，接通电源，从静止开始释放小车，得到一条纸带；④关闭电源，通过分析小车位移与速度的变化关系(不需要知道合外力大小)来研究合外力对小车所做的功与速度变化的关系．
(1)下列关于实验过程的描述正确的是________．A．实验中应控制钩码的质量，使其远小于小车的总质量B．实验前应调节好定滑轮的高度，使拉小车的细绳和长木板平行C．实验前应把长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力D．实验时应先让小车运动，等小车运动一段时间后再接通打点计时器的电源
【答案】(1)B　(2)AC
变式3　(2021年河南名校联考)某同学做“探究合力做功与动能改变的关系”的实验，他将光电门固定在水平轨道上的B点，如图所示，并用重物通过细线拉小车．然后保持小车和重物的质量不变，通过改变小车释放点到光电门的距离进行多次实验，实验时要求每次小车都从静止释放．
(2)为了减小实验误差，下列实验操作必需的是______．A．调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动B．所挂重物的质量远小于小车的质量C．遮光条的宽度要尽可能大些D．每次实验时保证小车从静止状态开始释放【答案】(1)B　(2)D
变式4　(2021年赣州名校期末)某实验小组利用图甲所示的实验装置及数字信息系统探究“外力做功与小车动能变化的关系”．实验时将小车拉到水平轨道的O位置由静止释放，在小车从O位置运动到A位置过程中，经计算机处理得到了弹簧弹力与小车位移的关系图线如图乙所示，还得到了小车在A位置的速度大小vA．另外用电子秤测得小车(含位移传感器发射器)的总质量为m．回答下列问题：
(1)小车从O位置运动到A位置过程中弹簧对小车所做的功W＝____________ ，小车的动能改变量ΔEk＝____________________(用m、vA、F0、FA、xA中各相关物理量表示)．
(2)若将弹簧从小车上卸下，给小车一初速度v0，让小车从轨道右端向左端滑动，利用位移传感器和计算机得到小车的速度随时间变化的图线如图丙所示，则小车所受轨道摩擦力的大小Ff＝____________(用m、v0、tm中各相关物理量表示)．(3)综合步骤(1)(2)，该实验所要探究的“外力做功与小车动能变化的关系”需验证的表达式是_________．(用m、vA、F0、FA、xA、v0、tm中各相关物理量表示)
[备考策略]　在计算合外力做功时，若合外力未知但恒定时，可以通过改变位移的大小来改变功的大小，从而不需要平衡摩擦力，也不需要满足重物的质量远小于物体的质量．