2019届二轮复习实验五、探究动能定理课件（42张）（全国通用） 42页

实验五、探究动能定理 2019 版高三二轮复习实验课件 实验原理 ( 如图所示 ) (1) 一根橡皮筋作用在小车上移动距离 s —— 做功为 W . (2) 两根橡皮筋作用在小车上移动距离 s —— 做功应为 . (3) 三根橡皮筋作用在小车上移动距离 s —— 做功应为 . (4) 利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系 . 2 W 3 W 1. 实验注意事项 (1) 将木板一端垫高，使小车的重力沿斜面向下的分力与 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做 运动，找到长木板的一个合适的倾角 . (2) 测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，也就是选小车做 运动的部分 . (3) 橡皮筋应选规格一样的 . 力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值 . (4) 小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些 . 摩擦阻力 匀速 匀速 名师点睛 2. 实验探究的技巧与方法 (1) 不直接计算 W 和 v 的数值，而只是看第 2 次、第 3 次 …… 实验中的 W 和 v 是第 1 次的多少倍，简化数据的测量和处理 . (2) 做 W － v 图象，或 W － v 2 、 W － v 3 图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线 . 1. 装置时代化 拓展创新 2. 求解智能化 (1) 摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力 → 自由下落阻力减少 → 气垫导轨减少摩擦力 . (2) 速度的测量方法：匀速运动速度 → 测量纸带上各点速度 → 光电门 v ＝ → 速度传感器直接显示速度大小 . 3. 实验多样化 可探究动能定理，可验证单物体 ( 系统 ) 机械能守恒 . 【 例题 1】 　如图所示是某研究性学习小组做探究 “ 橡皮筋做功和物体速度变化的关系 ” 的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形 . 这时，橡皮筋对小车做的功记为 W . 当我们把 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，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放 . 小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打出的纸带测出 . (1) 除了图中已给出的实验器材外，还需要的器材有 ； 刻度尺 【 解析 】 　 计算小车速度需要测量纸带上的点间的距离，要用刻度尺 . (2) 平衡摩擦力后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的 部分进行测量； 【 解析 】 　 小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀 . 点距均匀 【 解析 】 　 橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加 W . (3) 下面是本实验的数据记录表，请将第 2 次、第 3 次 …… 实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；   橡皮筋 做的功 10 个间距的距离 x (m) 10 个间距的时间 T (s) 小车获得的速度 v n 小车速度的平方 v n 2 第 1 次 W 0.200 0.2     第 2 次   0.280 0.2     第 3 次   0.300 0.2     第 4 次   0.400 0.2     第 5 次   0.450 0.2     2 W 　 3 W 　 4 W 　 5 W 　 (4) 从理论上讲，橡皮筋做的功 W n 和物体速度 v n 变化的关系应是 W n ∝ ，请你根据表中测定的数据在如图 3 所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性 . 【 解析 】 　 纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑曲线连线作出 v n 2 － W n 图象，如图所示 . 【 答案 】 　 见解析图 图 3 v n 2 【 例题 3】 某学习小组在 “ 探究功与速度变化的关系 ” 的实验中采用了如图所示的实验装置 . (1) 将气垫导轨接通气泵，通过调平 螺丝调整气垫导轨使之水平，检查 是否调平的方法是 ________________________________________________________________ ________________________________________________________________. 将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速运动 ( 其他方法正确均可 ) (2) 如图所示，游标卡尺测得遮光条的宽度 Δ d ＝ _______cm. 实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定 . 现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过 光电门的时间为 Δ t ，则滑块最后匀速运动的速度表达式为 ______( 用字母表示 ). 0.550 Δ d ＝ 5 mm ＋ 0.05 mm × 10 ＝ 5.50 mm ＝ 0.550 cm 滑块匀速运动的速度 v ＝ . 5 10 (3) 逐根增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度 . 则画出的 W － v 2 图象应是 __________________________. 由动能定理可知， W ＝ m v 2 ，故画出的 W － v 2 图象应是过坐标原点的一条倾斜直线 . 过坐标原点的一条倾斜直线 【 例题 5】 ( 2017· 北京理综 ·21) 如图所示，用质量为 m 的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况 . 利用该装置可以完成 “ 探究动能定理 ” 的实验 . 【 解析 】 打点计时器使用交流电源 . (1) 打点计时器使用的电源是 ( 选填选项前的字母 ). A. 直流电源　　　　　 B. 交流电源 √ (2) 实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是 ( 选填选项前的字母 ). A. 把长木板右端垫高 B. 改变小车的质量 在不挂重物且 ( 选填选项前的字母 ) 的情况下，轻推一下小车 . 若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其他阻力的影响 . A. 计时器不打点 B. 计时器打点 【 解析 】 　 平衡摩擦力的方法为将木板一端垫高，使得重力沿木板方向的分力与摩擦力和其他阻力平衡，使小车做匀速直线运动；判断小车做匀速直线运动是根据纸带上相邻点间的距离相等判定，故需计时器打点 . √ √ 实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力大小为 mg ，从打 O 点到打 B 点的过程中，拉力对小车做的功 W ＝ ，打 B 点时小车 的速度 v ＝ . (3) 接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，将打下的第一个点标为 O . 在纸带上依次取 A 、 B 、 C …… 若干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为 T ，测得 A 、 B 、 C …… 各点到 O 点的距离为 x 1 、 x 2 、 x 3 …… 如图 7 所示 . 图 7 mgx 2 【 解析 】 　 拉力大小为 mg ， O 到 B 位移为 x 2 ，根据功的公式得 W ＝ mgx 2 . 由于小车做匀加速直线运动， B 点为 AC 的时间中点， AC 段的平均速度等于 B 点的瞬时速度，即 v ＝ (4) 以 v 2 为纵坐标， W 为横坐标，利用实验数据做出如图所示的 v 2 － W 图象 . 由此图象可得 v 2 随 W 变化的表达式为 . 根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v 2 这个因子，分析实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是 . v 2 ＝ 4.7 W 质量 【 解析 】 　 因 v 2_ W 图象为直线，则设 v 2 ＝ kW ＋ b ，从图中读出 b ＝ 0.005 ，在图中直线上任取两个相距较远的点，可得： k ≈ 4.7 ，在作图误差允许的范围内表达式可写成 v 2 ＝ 4.7 W . 由等式两端的物理量单位可知，左侧单位 m 2 ·s － 2 ，右侧 W 单位为 J. 所以 k 的单位为 所以与斜率有关的物理量是质量 . (5) 假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图中正确反映 v 2 － W 关系的是 . √