2018年高考物理一轮复习实验五探究动能定理教学案
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实验五探究动能定理[基本要求][数据处理](1)测出每次做功后,小车获得的速度.(2)分别用各次实验测得的v和W,绘制Wv或Wv2、Wv3、…图象,直到明确得出W和v 的关系.(3)结论:物体速度v与外力做功W间的关系为W∝v2.[误差分析]1.误差的主要来源是橡皮筋的长短、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,测量不准确带来误差.[注意事项]1.平衡摩擦力: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.选点测速: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状态的.3.规格相同:橡皮筋规格相同时,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.考向1对实验操作的考查[典例1]某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图所示,图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的,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根据打点计时器所打在纸带上的点进行计算.(1)除了图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(4)在正确操作的情况下,打在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(根据如图所示的纸带回答).[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,当橡皮筋的拉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,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.[答案](1)交流(2)D(3)B(4)GJ1.为使橡皮筋的拉力所做的功为合外力对小车所做的功,必须平衡小车的摩擦力.2.利用小车拖着纸带,小车匀速运动则摩擦力才算被平衡,此操作一是可通过纸带观察小车是否匀速,二是可同时平衡纸带运动所受的阻力.考向2对数据处理及误差的考查[典例2]某同学用如图所示的实验装置探究小车动能变化与合力对它所做功的关系.图中A为小车,连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔,它们均置于水平放置的一端带有定滑轮足够长的木板上,C为弹簧测力计,不计绳与滑轮的摩擦.实验时,先接通电源再松开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点.该同学在一条比较理想的纸带上,从点迹清楚的某点开始记为0点,顺次选取5个点,分别测量这5个点到0之间的距离,并计算出它们与0点之间的速度平方差Δv2(Δv2=v2-v20),填入下表:点迹x/cm Δv2/(m2·s-2)0 --1 1.60 0.042 3.60 0.093 6.00 0.154 7.00 0.185 9.20 0.23(1)请以Δv2为纵坐标、x为横坐标在坐标图中作出Δv2x 图象.若测出小车质量为0.2 kg,结合图象可求得小车所受合力的大小为N.(2)若该同学通过计算发现小车所受合力小于弹簧测力计读数,明显超出实验误差的正常范围.你认为主要原因是,实验操作中改进的措施是__________________.[解析]由v2-v20=2ax可知Δv2=2ax,在Δv2x图象中,斜率k=2a=2.5,由F=ma,得F=0.25 N.[答案](1)图象如图所示0.25(2)小车滑行时所受摩擦阻力较大将木板左侧垫高,使木板倾斜一定的角度以平衡摩擦力处理实验数据的方法有平均值法、列表法和图象法,本题主要用了后两种方法处理实验数据.列表法的优点是将数据列成表格,可以简明地表示出有关物理量之间的关系,便于检查测量结果和运算是否合理,有助于发现和分析问题,而且列表法还是图象法的基础.图象法的优点是通过作图可以找到或反映物理量之间的变化关系,并便于找出其中的规律,确定对应量的函数关系.考向3实验创新及改进本实验可从下列两个方面改进创新1.实验器材的改进:用拉力传感器测量拉力,用速度传感器测量速度.2.实验方案的创新(1)利用自由落体运动探究功和动能的关系.(2)研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离,得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况,也可探究动能定理.(3)让小球从斜面上某高处滚下,然后做平抛运动等.[典例3](2017·山东济南质检)某学习小组利用气垫导轨装置来探究“做功与物体动能改变的关系”,如图所示为实验装置示意图.利用气垫导轨上的光电门可测出滑块上的细窄挡光片经过时的挡光时间.重力加速度为g,气垫导轨水平放置,不计滑轮和导轨摩擦.实验步骤如下:A.测出挡光片的宽度为d,滑块与挡光片的质量为M;B.轻细线的一端固定在滑块上,另一端绕过定滑轮挂上一砝码盘,盘和砝码的总质量为m(m≪M),细绳与导轨平行;C.让滑块静止放在导轨左侧的某一位置,测出挡光片到光电门的距离为x;D.释放滑块,测出挡光片经过光电门的挡光时间为Δt;E.改变砝码的质量,保证滑块每次都在同一位置由静止释放,光电门可测得对应的挡光时间.(1)滑块经过光电门时速度的计算式v=.(用题目中所给的字母来表达)(2)细线的拉力做功的表达式为W=,滑块的动能改变的表达式为E k=.(用题目中所给的字母来表示)1(3)我们可以通过测得的多组数据来建立m的关系图象来进行更准确的实验验证,则Δt2下图中哪一项更符合真实的实验情况.[解析](1)根据极短时间内的平均速度等于瞬时速度的大小,可知滑块经过光电门时速d度的大小是v=.Δt(2)由题意可知,细线的拉力做的功等于盘和砝码对应重力做的功mgx;滑块的动能改变1 1 d(Δt)2.表达式为E k=Mv2=2M21 d 1 2gx 1(Δt)2,所以=m,与m成正比.盘和砝码的总质量(3)由动能定理得mgx=2MΔt2 d2MΔt2m增加,不能远小于小车的质量时,直线在末端发生弯曲,则此结果对应于图丙.d 1 d[答案](1) (2)mgx2M(Δt)2(3)丙Δt[典例4]某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系.①小物块在1条橡皮筋的作用下弹出,沿水平桌面滑行,之后平抛落至水平地面上,落点记为M1;②在钉子上分别套上2条、3条、4条、…同样的橡皮筋,使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致,重复步骤①,小物块落点分别记为M2、M3、M4、…;③测量相关数据,进行数据处理.(1)为求出小物块抛出时的动能,需要测量下列物理量中的- 5 -C.橡皮筋的拉长量ΔxD.桌面到地面的高度hE.小物块抛出点到落地点的水平距离L(2)将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W1、W2、W3、…,小物体抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、….若功与速度的二次方成正比,则应以W为纵坐标、为横坐标作图,才能得到一条直线.(3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略,则由此引起的误差属于(填“偶然误差”或“系统误差”).mv2[解析](1)根据动能的定义E k=可知,要求出E k,需要测量m、v.而小物块离开桌面21 g做平抛运动,有h=gt2,L=vt,得v=L,因此,只要测出L、h,就可知v,选项A、D、2 2hE正确.g(2)因v=L,所以若W∝v2,则W∝L2(g、h为常量),应以L2为横坐标.2h(3)小物块与桌面之间的摩擦不可避免,属于系统误差.[答案](1)ADE(2)L2(3)系统误差。
第28讲探究动能定理基础命题点课本原型实验一、实验目的1.探究合力做功与物体速度变化的关系。
2.探究动能定理:力在—个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中动能的变化,即W=ΔE k。
二、实验原理以平板上的小车为研究对象,使它在牵引力的作用下从静止开始运动,若牵引力的大小或小车在牵引力的作用下运动的距离改变,力对小车做的功就改变了,测算出多组牵引力做的功与对应的速度,就可以探究功与速度变化的关系。
1.速度的测量:用纸带和打点计时器测量小车的速度。
2.牵引力做的功的测量方案一:由橡皮筋提供牵引力——只能定性探究功与速度变化的关系由橡皮筋提供牵引力,改变橡皮筋的根数,从同一位置由静止释放小车,若1根橡皮筋对小车做的功是W,则n根橡皮筋对小车做的功是nW。
方案二:由重物提供牵引力——可定量探究动能定理由重物提供牵引力,当重物的质量远小于小车的质量时,可以把重物所受的重力当成小车受到的牵引力。
改变重物的质量或者改变小车运动的距离,也就改变了牵引力做的功。
小车运动的距离可以由纸带测出。
三、实验器材打点计时器、交流电源、长木板、小车、纸带、橡皮筋(或重物、细绳)、垫块、毫米刻度尺。
四、实验步骤1.仪器安装与调试(1)按实验原理图将仪器安装好。
(2)平衡摩擦力:在长木板上靠近打点计时器的一端下面垫一木块,反复移动木块的位置,直至小车上不挂橡皮筋(或细绳上不挂重物)时,轻推小车,纸带打出的点间距均匀,即小车能做匀速直线运动为止。
2.数据测量方案一:(1)用一条橡皮筋拉动小车到某一位置O由静止释放,得到一条纸带。
橡皮筋做功W,标在纸带上。
(2)用2条相同的橡皮筋拉动小车到同一位置O由静止释放,得到一条纸带。
橡皮筋做功2W,标在纸带上。
(3)用3条、4条、……相同的橡皮筋拉动小车到同一位置O由静止释放,得到一系列纸带。
橡皮筋做功3W、4W、……,标在纸带上。
方案二:(1)测出小车的质量M、重物的质量m。
(2)由静止释放小车,打出一条纸带。
实验五探究动能定理1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.体会探究过程和所使用的方法.[实验目的]1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系.2.通过分析实验数据,总结出做功与物体速度的平方的正比例关系.[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.[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(使用电火花计时器那么不用学生电源)、5~6条等长的橡皮筋、刻度尺.[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.图12.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,这时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.[数据处理]先对测量数据进行估计,或者作个W-v草图,大致判断两个量可能是什么关系.如果认为可能是W∝v2,对于每一个速度值算出它的二次方,然后以W为纵坐标、v2为横坐标作图,如果这样作出来的图象是一条直线,说明两者关系真的就是W∝v2.[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.利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准会带来误差.[须知]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j打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,找到木板一个合适的倾角.2.测小车速度时,应选纸带上点距均匀的部分,也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点.3.橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.这是本实验的技巧之一,这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题,这也是物理实验中常用的一种思想和手段.(历史上卡文迪许扭秤实验和这里相似)高频热点一实验原理及数据处理[例1] 如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“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。
《探究动能定理》中国书法艺术说课教案今天我要说课的题目是中国书法艺术,下面我将从教材分析、教学方法、教学过程、课堂评价四个方面对这堂课进行设计。
一、教材分析:本节课讲的是中国书法艺术主要是为了提高学生对书法基础知识的掌握,让学生开始对书法的入门学习有一定了解。
书法作为中国特有的一门线条艺术,在书写中与笔、墨、纸、砚相得益彰,是中国人民勤劳智慧的结晶,是举世公认的艺术奇葩。
早在5000年以前的甲骨文就初露端倪,书法从文字产生到形成文字的书写体系,几经变革创造了多种体式的书写艺术。
1、教学目标:使学生了解书法的发展史概况和特点及书法的总体情况,通过分析代表作品,获得如何欣赏书法作品的知识,并能作简单的书法练习。
2、教学重点与难点:(一)教学重点了解中国书法的基础知识,掌握其基本特点,进行大量的书法练习。
(二)教学难点:如何感受、认识书法作品中的线条美、结构美、气韵美。
3、教具准备:粉笔,钢笔,书写纸等。
4、课时:一课时二、教学方法:要让学生在教学过程中有所收获,并达到一定的教学目标,在本节课的教学中,我将采用欣赏法、讲授法、练习法来设计本节课。
(1)欣赏法:通过幻灯片让学生欣赏大量优秀的书法作品,使学生对书法产生浓厚的兴趣。
(2)讲授法:讲解书法文字的发展简史,和形式特征,让学生对书法作进一步的了解和认识,通过对书法理论的了解,更深刻的认识书法,从而为以后的书法练习作重要铺垫!(3)练习法:为了使学生充分了解、认识书法名家名作的书法功底和技巧,请学生进行局部临摹练习。
三、教学过程:(一)组织教学让学生准备好上课用的工具,如钢笔,书与纸等;做好上课准备,以便在以下的教学过程中有一个良好的学习气氛。
(二)引入新课,通过对上节课所学知识的总结,让学生认识到学习书法的意义和重要性!(三)讲授新课1、在讲授新课之前,通过大量幻灯片让学生欣赏一些优秀的书法作品,使学生对书法产生浓厚的兴趣。
2、讲解书法文字的发展简史和形式特征,让学生对书法作品进一步的了解和认识通过对书法理论的了解,更深刻的认识书法,从而为以后的书法练习作重要铺垫!A书法文字发展简史:①古文字系统甲古文——钟鼎文——篆书早在5000年以前我们中华民族的祖先就在龟甲、兽骨上刻出了许多用于记载占卜、天文历法、医术的原始文字“甲骨文”;到了夏商周时期,由于生产力的发展,人们掌握了金属的治炼技术,便在金属器皿上铸上当时的一些天文,历法等情况,这就是“钟鼎文”(又名金文);秦统一全国以后为了方便政治、经济、文化的交流,便将各国纷杂的文字统一为“秦篆”,为了有别于以前的大篆又称小篆。
实验五探究动能定理一、实验目的1.探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。
2.通过实验数据分析,总结出做功与物体速度平方的正比关系。
二、实验器材小车(前面带小钩)、100~200 g砝码、长木板及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(若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。
突破点(一) 实验原理与操作[典例1] 某实验小组用如“实验图示记心中”所示装置“探究功与物体速度变化的关系”。
(1)为平衡小车运动过程中受到的阻力,应该采用下面所述方法中的______(填入选项前的字母代号)。
A.逐步调节木板的倾斜程度,让小车能够自由下滑B.逐步调节木板的倾斜程度,让小车在橡皮筋作用下开始运动C.逐步调节木板的倾斜程度,给小车一初速度,让其拖着纸带匀速下滑D.逐步调节木板的倾斜程度,让拖着纸带的小车自由下滑(2)如图所示是该实验小组在实验过程中打出的一条纸带,已知打点计时器连接的电源的频率为50 Hz,则橡皮筋恢复原长时小车的速度为________ m/s(结果保留三位有效数字)。
[答案] (1)C (2)1.39(1.38~1.40均正确)[由题引知·要点谨记]1.实验原理的理解[对应第1题]1为使橡皮筋的拉力所做的功为合外力对小车所做的功,必须平衡小车的摩擦力。
2利用小车拖着纸带,小车匀速运动则摩擦力才算被平衡,此操作一是可通过纸带观察小车是否匀速,二是可同时平衡纸带运动所受的阻力。
2.利用纸带确定小车的末速度[对应第(2)题](1)橡皮筋恢复原长时小车已匀速,故应利用纸带上间距相等的部分计算小车速度。
(2)利用v =x t计算小车的速度,为减小测量误差,所选的范围应尽量长些,如本题可选BE 段。
(3)注意刻度尺的精度、估读及单位,注意对结果有效数字的要求。
[集训冲关] 1.(2017·湖南四校联考)某实验小组要探究力对物体做的功与物体获得的速度的关系,选取的实验装置如“实验图示记心中”所示。
实验五探究动能定理前期准备·明确原理——知原理抓住关键【实验目的】1.通过实验探究外力做功与物体速度变化的关系。
2.通过实验数据分析,总结出外力做功与物体速度平方的正比关系。
【实验原理】1.改变功的大小:采用如图所示的实验装臵,用1条、2条、3条、…规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位臵由静止释放,橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…2.确定速度的大小:小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出,也可以用其他方法测出。
3.寻找功与速度变化的关系:以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标,小车获得的速度v为横坐标,作出W-v或Wv2图象。
分析图象,得出橡皮筋拉力对小车所做的功与小车获得的速度的定量关系。
【实验器材】小车(前面带小钩)、长木板(两侧适当的对称位臵钉两个铁钉)、打点计时器及纸带、学生电源及导线(若使用电火花计时器则不用学生电源)、若干条等长的橡皮筋、毫米刻度尺。
再现实验·重视过程——看过程注重数据【实验步骤】1.按原理图将仪器安装好。
2.平衡摩擦力:在长木板的有打点计时器的一端下面垫一块木板,反复移动木板的位臵,直至小车上不挂橡皮筋时,轻推小车,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,用同样的方法测出功和速度,记入表格。
【数据处理】1.求小车速度实验获得如图所示纸带,利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离,如纸带上A、C两点间的距离x,则v=x2T(其中T为打点周期)。
2.计算W、2W、3W、…时对应v、v2的数值,填入下面表格。
3.作图象在坐标纸上分别作出 W-v 和 W-v2图线,从中找出功与速度变化的关系。
实验五研究动能定理1.实验目的研究功与物体速度变化的关系.2.实验原理(如图1所示)图1(1)一根橡皮筋作用在小车上搬动距离s——做功为W.(2)两根橡皮筋作用在小车上搬动距离s——做功应为2W.(3)三根橡皮筋作用在小车上搬动距离s——做功应为3W.(4)利用打点计时器求出小车走开橡皮筋的速度,列表、作图,由图象能够确定功与速度变化的关系.3.实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等.4.实验步骤(1)垫高木板的一端,平衡摩擦力.(2)拉伸的橡皮筋对小车做功:①用一条橡皮筋拉小车——做功W.②用两条橡皮筋拉小车——做功2W.③用三条橡皮筋拉小车——做功3W.(3)测出每次做功后小车获得的速度.(4)分别用各次实验测得的v 和W 绘制W -v 或W -v 2、W -v 3、……图象,直到明确得出W 和v 的关系.5.实验结论物体速度v 与外力做功W 间的关系W =12mv 2.1.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平均程度判断小车可否做匀速运动,找到长木板的一个合适的倾角.(2)测小车速度时,应选纸带上的点平均的部分,也就是选小车做匀速运动的部分.(3)橡皮筋应选规格同样的.力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可,不用计算出详尽数值.(4)小车质量应大一些,使纸带上打的点多一些.2.实验研究的技巧与方法(1)不直接计算W 和v 的数值,而可是看第2次、第3次……实验中的W 和v 是第1次的多少倍,简化数据的测量和办理.(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.命题点一 教材原型实验例1 如图1所示是某研究性学习小组做研究“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,沿木板滑行的状况.这时,橡皮筋对小车做的功记为W .当我们把2条、3条……完好同样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地址释放.小车在每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出.(1)除了图中的已给出的实验器材外,还需要的器材有____________________________;(2)平衡摩擦力后,每次实验获得的纸带上的点其实不都是平均的,为了测量小车获得的速度,应采用纸带的________部分进行测量;(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地址;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 n2第1次W 0.2000.2第2次0.2800.2第3次0.3000.2第4次0.4000.2第5次0.4500.2(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∝________,请你依照表中测定的数据在如图2所示的坐标系中作出相应的图象考据理论的正确性.图2答案(1)刻度尺(2)点距平均(3)2W3W4W5W(4)v n2见解析图剖析(1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离,要用刻度尺.(2)小车匀速运动时,纸带上的点的间隔平均.(3)橡皮筋每增加一条,对小车做的功就增加W.(4)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,尔后用圆滑曲线连线作出v n2-W n图象,以下列图.1.用如图3所示的装置做“研究动能定理”的实验时,以下说法正确的选项是__________.图3A.为了平衡摩擦力,实验中能够将长木板的左端合适垫高,使小车拉着穿过打点计时器的纸带自由下滑时能保持匀速运动B.每次实验中橡皮筋的规格要同样,拉伸的长度要同样C.能够经过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D.能够经过改变小车的质量来改变拉力做功的数值E.实验中要先释放小车再接通打点计时器的电源F.经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G.经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答案ABCF剖析当小车拉着穿过打点计时器的纸带做匀速运动时,沿长木板方向的重力的分力大小等于摩擦力,即在实验中可除掉摩擦力的影响,A正确;由实验原理可知,B、C正确,D错误;使用打点计时器时都必定先接通电源再释放小车,E 错误;橡皮筋拉力做的总功等于小车动能的增加,此动能应为小车获得的最大动能,因此用打点计时器打下的纸带测定的是小车的最大速度,F正确,G错误.2.某学习小组做研究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验,图4中小车是在1条橡皮筋作用下弹出,沿木板滑行,这时橡皮筋对小车做的功记为W.当用2条、3条……完好同样的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时,使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由打点计时器所打的纸带测出.图4(1)除了图中已有的实验器材外,还需要导线、开关、________(填测量工具)和________(填“交流”或“直流”)电源.(2)实验中,小车会碰到摩擦阻力的作用,能够使木板合适倾斜来平衡掉摩擦阻力,则下面操作正确的选项是()A.松开小车,能够自由下滑即可B.松开小车,能够匀速下滑即可C.松开拖着纸带的小车,能够自由下滑即可D.松开拖着纸带的小车,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地址,以下说法正确的选项是()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(4)在正确操作状况下,打在纸带上的点其实不都是平均的,为了测量小车获得的速度,应采用图5中纸带的________部分进行测量.图5答案(1)刻度尺交流(2)D(3)B(4)GK剖析(1)为测量小车获得的速度,必定用刻度尺来测量纸带上点和点之间的距离;打点计时器必定使用交流电源.(2)平衡摩擦力时,也要平衡掉纸带与限位孔之间的摩擦力.依照平衡状态的特点,小车做匀速运动时即平衡掉了摩擦力.(3)若木板水平放置,则未平衡摩擦力.小车速度最大时,也就是加速度为零的时辰,即橡皮筋对小车的拉力等于小车碰到的摩擦力的时辰,此时橡皮筋处于伸长状态,小车还未到两个铁钉的连线处,B正确.(4)应该采用纸带上小车做匀速运动部分进行测量,此时小车的速度最大,即GK 部分.命题点二实验拓展创新1.装置时代化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=dΔt→速度传感器直接显示速度大小.3.实验多样化可研究动能定理,可考据单物体(系统)机械能守恒.例2为了“研究动能改变与合外力做功的关系”,某同学设计了以下实验方案:第一步:把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起,把质量为M的滑块经过细绳与质量为m的带夹重锤超出定滑轮相连,重锤后连一穿过打点计时器的纸带,调整木板倾角,直到轻推滑块后,滑块沿木板向下匀速运动,如图6甲所示.第二步:保持长木板的倾角不变,将打点计时器安装在长木板凑近滑轮处,取下细绳和重锤,将滑块与纸带相连,使纸带穿过打点计时器,尔后接通电源,释放滑块,使之从静止开始向下加速运动,打出纸带,如图乙所示.打出的纸带如图丙所示.图6请回答以下问题:(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数点间的时间间隔为Δt ,依照纸带求滑块运动的速度,打点计时器打B 点时滑块运动的速度v B =________.(2)已知重锤质量为m ,当地的重力加速度为g ,要测出某一过程合外力对滑块做的功还必定测出这一过程滑块______(写出物理量名称及符号,只写一个物理量),合外力对滑块做功的表达式W 合=________.(3)算出滑块运动OA 、OB 、OC 、OD 、OE 段合外力对滑块所做的功W 以及在A 、B 、C 、D 、E 各点的速度v ,以v 2为纵轴、W 为横轴建立直角坐标系,描点作出v 2-W 图象,可知该图象是一条________,依照图象还可求得________.答案 (1)x 3-x 12Δt (2)下滑的位移x mgx (3)过原点的直线 滑块的质量M剖析 (1)由打出的纸带可知B 点的速度为v B =x 3-x 12Δt ;(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移x ,由动能定理可知W 合=ΔE k ,即mgx =ΔE k ;(3)v 2-W 图象应该为一条过原点的直线,依照ΔE k =12Mv 2可求得M 的值.3.某学习小组在“研究功与速度变化的关系”的实验中采用了如图7所示的实验装置.图7(1)将气垫导轨接通气泵,经过调平螺丝调整气垫导轨使之水平,检查可否调平的方法是________________________________________.(2)如图8所示,游标卡尺测得遮光条的宽度Δd =________cm.实验时,将橡皮条挂在滑块的挂钩上,向后拉伸必然的距离,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Δt ,则滑块最后匀速运动的速度表达式为______(用字母表示).图8(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-v2图象应是______________.答案(1)将滑块轻置于气垫导轨之上,看其可否滑动;或将滑块轻置于气垫导轨之上,轻推滑块看可否匀速运动(其他方法正确均可)(2)0.550ΔdΔt(3)过坐标原点的一条倾斜直线剖析(1)检查导轨可否水平的方法:将滑块轻放在气垫导轨上,看其可否滑动(或将滑块轻放在气垫导轨上,轻推滑块看可否匀速运动).(2)Δd=5mm+0.05mm×10=5.50mm=0.550cm滑块匀速运动的速度v=Δd Δt.(3)由动能定理可知,W=12mv2,故画出的W-v2图象应是过坐标原点的一条倾斜直线.4.某同学利用如图9所示的装置研究功与速度变化的关系.图9①小物块在1条橡皮筋的作用下弹出,沿水平桌面滑行,此后平抛落至水平川面上,落点记为M1;②在钉子上分别套上2条、3条、4条……同样的橡皮筋,使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致,重复步骤①,小物块落点分别记为M2、M3、M4……;③测量相关数据,进行数据办理.(1)为求出小物块抛出时的动能,需要测量以下物理量中的________(填正确答案标号).A.小物块的质量mB.橡皮筋的原长xC.橡皮筋的伸长量ΔxD .桌面到地面的高度hE .小物块抛出点到落地址的水平距离L(2)将几次实验中橡皮筋对小物块做的功分别记为W 1、W 2、W 3、……,小物块抛出点到落地址的水平距离分别记为L 1、L 2、L 3、…….若功与速度的二次方成正比,则应以W 为纵坐标、____________为横坐标作图,才能获得一条直线.(3)由于小物块与桌面之间的摩擦不能够忽略,则由此引起的误差属于________(选填“有时误差”或“系统误差”).答案 (1)ADE (2)L 2 (3)系统误差剖析 (1)依照动能的定义E k =mv 22可知,要求出E k ,需要测量m 、v .而小物块走开桌面做平抛运动,有h =12gt 2,L =vt ,得v =Lg 2h ,因此,只要测出L 、h ,就知v ,选项A 、D 、E 正确.(2)因v =L g 2h ,因此若W ∝v 2,则W ∝L 2(g 、h 为常量),应以L 2为横坐标. (3)小物块与桌面之间的摩擦不能防备,属于系统误差.5.某实验小组的同学欲“研究小车动能变化与合外力对它所做功的关系”,在实验室设计了一套如图10甲所示的装置,图中A 为小车,B 为打点计时器,C 为弹簧测力计,P 为小桶(内有砂子),一端带有定滑轮的足够长的木板水平放置,不计绳与滑轮的摩擦.实验时,先接通电源再松开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点.图10 (1)该同学在一条比较理想的纸带上,将点迹清楚的某点记为零点,按次采用一系列点,分别测量这些点到零点之间的距离x ,计算出它们与零点之间的速度平方差Δv 2=v 2-v 02,弹簧测力计的读数为F ,小车的质量为m ,尔后建立Δv 2-x 坐标系,经过描点法获得的图象是一条过原点的直线,如图乙所示,则这条直线的斜率的意义为____________(填写表达式).高考物理一轮复习第五章机械能实验五研究动能定理教案(2)若测出小车质量为0.4kg ,结合图象可求得小车所受合外力的大小为________N.答案 (1)2F m (2)1剖析 (1)依照动能定理可知Fx =12m Δv 2,因此理论上Δv 2=2F m x ∝x ,Δv 2-x 图象为过原点的直线,直线的斜率k =2F m .(2)结合图象可知k =2F m =5N/kg ,因此F=1N.。
实验五探究动能定理【基本要求】一、实验目的通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系.二、实验原理探究功与速度变化的关系,可用如实验原理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,最后通过数据分析得出速度变化与功的关系.三、实验器材橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等.四、实验步骤1.垫高木板的一端,平衡摩擦力.2.拉伸的橡皮筋对小车做功:(1)用一条橡皮筋拉小车——做功W;(2)用两条橡皮筋拉小车-—做功2W;(3)用三条橡皮筋拉小车—-做功3W。
3.测出每次做功后小车获得的速度v.4.分别用各次实验测得的v和W绘制W-v或W-v2、W-v3……图象,直到明确得出W和v的关系.五、实验结论物体速度v与外力做功W间的关系为W∝v2。
【方法规律】一、数据处理1.求小车的速度:利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x,则v=错误!(其中T为打点周期).2.实验数据处理:在坐标纸上画出W-v和W-v2图象(“W"以一根橡皮筋做的功为单位).根据图象得出W∝v2。
二、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,测量不准带来的误差.三、注意事项1.平衡摩擦力的方法是轻推小车,由打在纸带上的点是否均匀判断小车是否匀速运动.2.测小车速度时,应选纸带上点均匀分布的部分.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.对实验原理和误差分析的考查(高考天津卷)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系.此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等.组装的实验装置如图所示.(1)若要完成该实验,必需的实验器材还有哪些________________.(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行.他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号).A.避免小车在运动过程中发生抖动B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点计算小车速度.在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决方法:____________________________________________________________________________________________________ __________________。
第2讲动能定理及其应用知识点一动能1。
定义:物体由于而具有的能。
2.公式:E k=。
3。
单位:,1 J=1 N·m=1 kg·m2/s2。
4.标矢性:动能是,只有正值,动能与速度的方向。
5.动能的变化:物体与之差,即ΔE k =。
答案:1。
运动 2.错误!mv2 3.焦耳4。
标量无关5。
末动能初动能知识点二动能定理1。
内容:在一个过程中合力对物体所做的功,等于物体在这个过程中.2.表达式:W=ΔE k=E k2-E k1=.3.物理意义:的功是物体动能变化的量度.4。
适用条件(1)动能定理既适用于直线运动,也适用于。
(2)既适用于恒力做功,也适用于做功.(3)力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以作用。
答案:1。
动能的变化 2. 3。
合力4.(1)曲线运动(2)变力(3)分阶段(1)运动的物体具有的能量就是动能. ()(2)一定质量的物体动能变化时,速度一定变化,但速度变化时,动能不一定变化。
()(3)处于平衡状态的物体动能一定保持不变。
()(4)做自由落体运动的物体,动能与下落时间的二次方成正比. ()(5)物体在合外力作用下做变速运动,动能一定变化。
()(6)物体的动能不变,所受的合外力必定为零。
()答案:(1)×(2)√(3)√(4)√(5)×(6)×考点动能定理的理解1。
合外力做功与物体动能的变化间的关系(1)数量关系:合外力做的功与物体动能的变化具有等量代换关系,但并不是说动能变化就是合外力做功。
(2)因果关系:合外力的功是引起物体动能变化的原因。
(3)量纲关系:单位相同,国际单位都是焦耳。
2.标量性:动能是标量,功也是标量,所以整个动能定理是一个标量式,不存在方向的选取问题。
当然动能定理也就不存在分量的表达式.例如,以相同大小的初速度不管以什么方向抛出,在最终落到地面速度大小相同的情况下,所列的动能定理的表达式都是一样的.3.相对性:高中阶段动能定理中的位移和速度必须相对于同一个参考系,一般以地面或相对地面静止的物体为参考系.4。
2018届高考一轮复习教案:5. 4动能定理的应用部门: xxx时间: xxx制作人:xxx整理范文,仅供参考,勿作商业用途第4课时动能定理的应用基础知识归纳1.用动能定理求变力的功在某些问题中,由于F的大小或方向变化,不能直接用W=Flcosα求解力的功,可用动能定理求解,求出物体动能变化和其他恒力的功,即可由ΔEk=W1+W2+…+Wn求得其中变力的功.b5E2RGbCAP2.物体系的动能定理问题物体间的一对相互作用力的功可以是正值,也可以是负值,还可以是零.因此几个物体组成的系统所受的合外力的功不一定等于系统动能的变化量.p1EanqFDPw3.动能定理分析复杂过程问题物体在某个运动过程中包含有几个运动性质不同的小过程(如加速、减速的过程>,此时可以分段考虑,也可对全程考虑,对整个过程列式可使问题简化.DXDiTa9E3d重点难点突破一、用动能定理求解变力做功的注意要点1.分析物体受力情况,确定哪些力是恒力,哪些力是变力.2.找出其中恒力做的功及变力做的功.3.分析物体初、末状态,求出动能变化量.4.运用动能定理求解.二、用动能定理解决问题时,所选取的研究对象可以是单个物体,也可以是多个物体组成的系统.当选取物体系统作为研究对象时,应注意以下几点:RTCrpUDGiT1.当物体系统内的相互作用是杆、绳间的作用力,或是静摩擦力,或是刚性体元之间相互挤压而产生的力,作用力与反作用力的总功等于零,这时列动能定理方程时可只考虑物体系统所受的合外力的功即可.5PCzVD7HxA 2.当物体系统内的相互作用力是弹簧、橡皮条的作用力,或是滑动摩擦力,作用力与反作用力的总功不等于零,这时列动能定理方程时不但要考虑物体系统所受的合外力的功,还要考虑物体间的相互作用力的功.jLBHrnAILg 3.物体系统内各个物体的速度不一定相同,列式时要分别表达不同物体的动能.三、多过程问题的求解策略1.分析物体运动,确定物体运动过程中不同阶段的受力情况,分析各个力的功.2.分析物体各个过程中的初、末速度,在不同阶段运用动能定理求解,此为分段法.这种方法解题时需分清物体各阶段的运动情况,列式较多.xHAQX74J0X 3.如果能够得到物体全过程初、末动能的变化,及全过程中各力的功,对全过程列一个方程即可,此方法较为简洁.LDAYtRyKfE典例精析1.用动能定理求解变力做功【例1】如图所示,竖直平面内放一直角杆AOB,杆的水平部分粗糙,动摩擦因数μ=0.2,杆的竖直部分光滑.两部分各套有质量均为1 kg的小球A和B,A、B球间用细绳相连.此时A、B均处于静止状态,已知:OA=3 m,OB=4 m.若A球在水平拉力F的作用下向右缓慢地移动1 m(取g=10m/s2>,那么Zzz6ZB2Ltk(1>该过程中拉力F做功多少?(2>若用20 N的恒力拉A球向右移动1 m时,A的速度达到了2m/s,则此过程中产生的内能为多少?dvzfvkwMI1【解读】(1>用力F缓慢拉A球时,分析可知F的大小发生变化,把A、B看做整体,由平衡条件知,A受杆的支持力FN=mg+mg =2mg不做功,摩擦力Ff=μ·2mg为恒力.对于A和B组成的系统,由动能定理可得rqyn14ZNXIWF-2μmgl-mghB=0①因绳长L=5 m保持不变,当A移动的距离l=1 m时,设B升高了hB.由几何关系可知:(3+1>2+(4-hB>2=52所以hB=l=1 m代入①式,可得WF=2μmgl+mgl=mgl(2μ+1>=1×10×1×(2×0.2+1> J=14 J②EmxvxOtOco (2>如右图所示,若以F=20 N的恒力拉A球,AB绳所受拉力及A所受摩擦力均为变力.在A移动1 m的过程中,对于A和B球组成的系统,由动能定理得SixE2yXPq5Fl-Wf-mghB=错误!m v+错误!mv-0③注意到内能Q=Wf④且在同一时刻,A、B两球沿绳方向的分速度相等.即vAcos∠OA′B′=vBcos∠OB′A′则vA·错误!=vB·错误!⑤由⑤式得vB=错误!vA,代入③式得Q=4.4 J⑥【思维提升】本题涉及的知识面较大,其中受力分析是解答本题的基础,功的计算与速度分解都是解答本题的关键.其次理解题目中“缓慢”的含义,在动能定理问题中,“缓慢”表示动能始终为零,物体处于静止状态.6ewMyirQFL【拓展1】剑桥大学物理学家海伦·杰尔斯基研究了各种自行车特技的物理学原理,并通过计算机模拟探寻特技动作的极限,设计了一个令人惊叹不已的高难度动作—“爱因斯坦空翻”,并在伦敦科学博物馆由自行车特技运动员(18岁的布莱士>成功完成.“爱因斯坦空翻”简化模型如图所示,质量为m的自行车运动员从B点由静止出发,经BC圆弧,从C点竖直冲出,完成空翻,完成空翻的时间为t.由B到C的过程中,克服摩擦力做功为W,空气阻力忽略不计,重力加速度为g,试求:自行车运动员从B到C至少做多少功?kavU42VRUs 【解读】设运动员从C点冲出的速度为v,则有t≤即v≥错误!gt对B到C的过程运用动能定理:W人-W=错误!mv2-0所以W人≥W+错误!m(错误!gt>2=W+错误!mg2t2y6v3ALoS892.对系统运用动能定理【例2】如图所示,跨过定滑轮的轻绳两端的物体A和B的质量分别为M和m,物体A在水平面上.A由静止释放,当B沿竖直方向下落h时,测得A沿水平面运动的速度为v,这时细绳与水平面的夹角为θ,试分析计算B下降h过程中,A克服地面摩擦力做的功.(滑轮的质量和摩擦均不计>M2ub6vSTnP 【解读】据运动分解的有关知识得:B下降h高度时的速度vB=vcos θ因为A、B间轻绳拉力做功的代数和为0,对A、B系统运用动能定理:mgh-|Wf|=错误!Mv2+错误!m(vcos θ>2-00YujCfmUCw所以|Wf|=mgh-[错误!Mv2+错误!m(vcos θ>2]eUts8ZQVRd 【思维提升】如果选取系统作为动能定理的研究对象,一定要分析系统内力的功是否为零,如果不为零,不能落下这个功,这与牛顿定律中的整体法有差异,在牛顿定律整体法中,不必分析系统内力,而在动能定理中不仅要分析外界对系统做的功,也要分析内力做的功.sQsAEJkW5T3.多过程问题的求解【例3】如图所示,AB是倾角为θ的粗糙直轨道,BCD是光滑的圆弧轨道,AB恰好在B点与圆弧相切,圆弧半径为R.一个质量为m的物体(可以看做质点>从直轨道上的P点由静止释放,结果它能在两轨道间做往返运动.已知P点与圆弧的圆心O等高,物体与轨道AB间的动摩擦因数为μ.求:GMsIasNXkA(1>物体做往返运动的整个过程中在AB轨道上通过的总路程;(2>最终当物体通过圆弧轨道最低点E时,对圆弧轨道的压力;(3>为使物体能顺利到达圆弧轨道的最高点D,释放点距B点的距离L′应满足什么条件?【解读】(1>因为摩擦始终对物体做负功,所以物体最终在圆心角为2θ的圆弧上往复运动.对整个过程应用动能定理得mgR·cos θ-μmgcos θ·s=0,所以s=错误!(2>对B→E过程mgR(1-cos θ>=错误!mv①FN-mg=错误!②由①②式解得FN=(3-2cos θ>mg(3>设物体刚好到D点,则mg=错误!③对全过程应用动能定理得mgL′sin θ-μmgcos θ·L′-mgR(1+cos θ>=错误!mv④TIrRGchYzg由③④式解得L′=·R【思维提升】对于多过程应用动能定理的问题:(1>有些力在物体运动全过程中不是始终存在的,导致物体的运动包含几个物理过程,物体运动状态、受力情况均发生变化,因而在考虑外力做功时,必须根据不同情况,分别对待.7EqZcWLZNX (2>若物体运动过程中包含几个不同的物理过程,解题时,可以分段考虑,也可视为一个整体过程,应用动能定理求解.lzq7IGf02E (3>对过程运用“整体法”或“隔离法”并不影响解题结果,要看研究问题的方便而定.【拓展2】如图甲所示,物体在离斜面底端4 m处由静止滑下,若动摩擦因数均为0.5,斜面倾角为37°,斜面与平面间由一小段圆弧连接,求物体能在水平面上滑行多远?体在斜面上【解读】物持力FN1、受重力mg、支用,沿斜面摩擦力F1的作加速下滑(由计算可知重力沿斜面向下的分力大于滑动摩擦力>到水平面后,在摩擦力F2作用下做减速运动,直至停止.zvpgeqJ1hk 解法一:对物体在斜面上和平面上时分别进行受力分析,如图乙所示,知下滑阶段有FN1=mgcos 37°,故F1=μFN1=μmgcos 37°由动能定理有mgsin 37°·x1-μmgcos 37°·x1=错误!mv错误!①NrpoJac3v1在水平过程中F2=μFN2=μmg由动能定理有-μmgx2=0-错误!mv错误!②由①②式可得x2=·x1=错误!×4 m=1.6 m解法二:物体受力分析同解法一.物体运动的全过程中,初、末状态速度均为零,对全过程应用动能定理有mgsin 37°·x1-μmgcos 37°·x1-μmg·x2=0解得x2==错误! m=1.6 m易错门诊【例4】质量为M的木块放在水平台面上,台面比水平地面高出h=0.20 m,木块离台的右端L=1.7 m.质量为m=错误!M的子弹以v0=180 m/s的速度水平射向木块,并以v=90 m/s的速度水平射出,木块落到水平地面时的落地点到台面右端的水平距离为l=1.6 m,求木块与台面间的动摩擦因数μ.1nowfTG4KI【错解】木块离开台面后的平抛阶段,由l=v2解得v2=8 m/s 对子弹和木块组成的整体在整个过程中应用动能定理有:-μMgL=错误!Mv错误!+错误!mv2-错误!mv错误!fjnFLDa5Zo代入数据可得μ=69.6【错因】本题的物体有两个:子弹和木块,物理过程可以分为三个阶段:子弹射木块;木块在台面上滑行;木块飞出台面平抛.其中两个阶段有机械能损失:子弹射穿木块阶段和木块在台面上滑行阶段.故不能对子弹和木块组成的整体在整个过程中应用动能定理.tfnNhnE6e5【正解】对三个阶段列方程:子弹射穿木块阶段,对系统应用动量守恒定律,设木块末速度为v1,则mv0=mv+Mv1①木块在台面上滑行阶段,对木块应用动能定理,设木块离开台面时的速度为v2,有μMgL=错误!Mv错误!-错误!Mv错误!②HbmVN777s L木块离开台面后的平抛阶段l=v2③由①②③式可得μ=0.50【思维提升】本题应引起注意的是:凡是有机械能损失的过程,都应该分段处理.本题还应引起注意的是:不要不加分析(对相互作用的内力所做功不一定为零>就对系统应用动能定理.在子弹穿过木块阶段,子弹和木块间的一对摩擦力做的总功为负功.如果对系统全过程应用动能定理,就会把这个负功漏掉.V7l4jRB8Hs申明:所有资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途。
实验五探究动能定理1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.体会探究过程和所使用的方法.【实验目的】1.通过实验探究外力对物体做功与物体速度变化的关系.2.通过分析实验数据,总结出做功与物体速度的平方的正比例关系.【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.【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(使用电火花计时器则不用学生电源)、5~6条等长的橡皮筋、刻度尺.【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.图12.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,这时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.【数据处理】先对测量数据进行估计,或者作个W-v草图,大致判断两个量可能是什么关系.如果认为可能是W∝v2,对于每一个速度值算出它的二次方,然后以W为纵坐标、v2为横坐标作图,如果这样作出来的图象是一条直线,说明两者关系真的就是W∝v2.【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.利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准会带来误差.【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j打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否做匀速运动,找到木板一个合适的倾角.2.测小车速度时,应选纸带上点距均匀的部分,也就是选小车做匀速运动时打在纸带上的点.3.橡皮筋应选规格一样的.力对小车做的功以一条橡条筋做的功为单位即可,不必计算出具体数值.这是本实验的技巧之一,这里通过转换单位的方法巧妙地解决了这一难题,这也是物理实验中常用的一种思想和手段.(历史上卡文迪许扭秤实验和这里相似)高频热点一实验原理及数据处理【例1】如图1所示是某研究性学习小组的同学做探究“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,橡皮筋对小车做功记为W。
当用2条、3条、…、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、…、第n次实验时,每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。
小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出,图2甲为某次实验中打出的纸带。
图1(1)除了图中已给出的实验器材和电源外,还需要的器材有________。
(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动,应采取的措施是____________________。
(3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的,为了测量小车最终获得的末速度,应选用纸带的________________部分进行测量。
(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。
从理论上讲,橡皮筋做的功W n 与物体获得的速度v n 之间的关系是W n ∝________,请你运用表中的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象,以验证理论的正确性。
图2答案(1)刻度尺(2)把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力(3)每相邻两点之间距离相等(或点分布均匀) (4)v2n图象如图所示【变式训练】“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图3所示,当小车在一条橡皮筋作用下弹出时,橡皮筋对小车做的功记为W;当用2条、3条、4条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次……实验时,橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W……每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。
图3(1)关于该实验,下列说法正确的是________。
A.打点计时器可以用干电池供电B.实验仪器安装时,可以不平衡摩擦力C.每次实验小车必须从同一位置由静止弹出D.利用每次测出的小车最大速度v m和橡皮筋做的功W,依次作出W-v m、W-v2m、W-v3m,W2-v m、W3-v m……的图象,得出合力做功与物体速度变化的关系。
(2)如图4所示,给出了某次实验打出的纸带,从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带,测得A、B、C、D、E相邻两点间的距离分别为AB=1.48 cm,BC=1.60 cm,CD=1.62 cm,DE=1.62 cm;已知相邻两点打点时间间隔为0.02 s,则小车获得的最大速度v m=________m/s。
(结果保留两位有效数字)图4答案(1)CD (2)0.81【举一反三】小明利用如图甲所示的实验装置完成了探究合外力做功与动能变化的关系,已知打点计时器所接电源的周期为T=0.02 s。
根据题中的实验装置和所掌握的知识回答下列问题:(1)关于本实验的操作,下列叙述中正确的是________;A.在每次操作时都应先接通电源后释放小车B.每改变一次橡皮筋的条数都应重新平衡摩擦力C.小明在某次操作时得到的纸带上的点中间稀疏、两端密集,其原团是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足D.在求小车的最大速度时,为了减小实验误差应选取纸带上的第一个点和最后一个点来计算(2)在实验过程中小明取多条完全相同的橡皮筋进行实验,第1次将1条橡皮筋挂在小车上,由某一位置释放,将橡皮筋对小车所做的功记为1W;第2次将两条橡皮筋并在一起挂在小车上,并由同一位置释放,将橡皮筋对小车所做的功记为2W;第3次将三条橡皮筋并在一起挂在小车上,并由同一位置释放,将橡皮筋对小车所做的功记为3W……橡皮筋与小车作用结束后的速度可通过打点计时器打出的纸带测出。
若某次操作过程中打出的纸带如图乙所示,则本次操作中小车所获得的速度为________m/s(结果保留两位小数)。
答案:(1)AC (2)2.00高频热点二拓展创新实验【例2】某学习小组利用如图6所示的装置验证动能定理。
图6(1)将气垫导轨调至水平,安装好实验器材,从图中读出两光电门中心之间的距离s=________ cm;(2)测量挡光条的宽度d,记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2,并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F,为了完成实验,还需要直接测量的一个物理量是______________________________;(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量?________(填“是”或“否”)。
答案(1)50.00 (2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否【变式训练】如图7所示,某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作,进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验:图7(1)为达到平衡阻力的目的,取下细绳及托盘,通过调整垫片的位置,改变长木板倾斜程度,根据打出的纸带判断小车是否做________运动。
(2)连接细绳及托盘,放入砝码,通过实验得到图8所示的纸带。
纸带上O为小车运动起始时刻所打的点,选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N,小车的质量为0.2 kg。
图8请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔE k。
补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)。
k(3)实验前已测得托盘质量为7.7×10-3kg,实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(g取9.8 m/s2,结果保留至小数点后第三位)。
答案(1)匀速直线(或匀速) (2)0.111 5 0.110 5 (3)0.015【举一反三】为了测量小铁块与长木板之间的动摩擦因数,小勇同学完成了下面的操作:①将一轻弹簧固定在挡板M上,并将挡板固定在水平放置的长木板上,弹簧为原长时自由端位于图甲中的O点;②将一小铁块紧靠轻弹簧的自由端并用力缓慢地压缩弹簧使小铁块运动至图甲中的A处;③现将小铁块无初速度释放,小铁块在图甲中的O点与弹簧分离,且当小铁块运动到B 点时速度减为零;④将长木板固定在水平桌面上,并将挡板M的位置进行调整,当轻弹簧为原长时其最右端位于长木板最右端的O′点,现仍将小铁块紧靠轻弹簧的自由端缓慢地压缩弹簧使小铁块运动至图乙中的C处,且使O′C=OA,将小铁块由C点无初速度释放,小铁块最终落在地面上的D点。
今已测得O、B两点间的距离为L,O′点与水平地面间的高度差为h。
小铁块可视为质点,忽略空气阻力,回答下列问题。
(1)为了能够完成本次测量,小勇同学还应测量的量为:________________________________________________________________________;(2)请根据小勇同学的测量写出动摩擦因数的表达式:μ=________。
(用字母表示)答案:(1)O′与D点间的水平距离x(2)x24Lh1.(2014·天津高考)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的钩码,使小车在钩码的牵引下运动,以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。
此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。
组装的实验装置如图实53所示。
图实53(1)若要完成该实验,必需的实验器材还有哪些_______________________________________________________________________________________________________。
(2)实验开始时,他先调节木板上定滑轮的高度,使牵引小车的细绳与木板平行。
他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)。
A.避免小车在运动过程中发生抖动B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力(3)平衡摩擦力后,当他用多个钩码牵引小车时,发现小车运动过快,致使打出的纸带上点数较少,难以选到合适的点计算小车速度。
在保证所挂钩码数目不变的条件下,请你利用本实验的器材提出一个解决方法:_______________________________________________。
(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功,经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些。