高考物理必考实验精细精讲实验五探究动能定理学案

动能定理教案教案标题：探索动能定理教学目标：1. 理解动能定理的概念和基本原理。

2. 掌握动能定理的数学表达式和计算方法。

3. 能够运用动能定理解决与动能相关的物理问题。

4. 培养学生观察、实验和探索的能力。

教学内容：1. 动能的概念和定义：引导学生了解动能是物体运动所具有的能量，了解动能的来源和转化。

2. 动能定理的基本原理：讲解动能定理的基本原理，即物体的动能变化等于所受合力沿着物体运动方向所做的功。

3. 动能定理的数学表达式和计算方法：引导学生推导出动能定理的数学公式，并学习如何计算动能和功。

4. 实验探究：设计简单的实验，通过测量物体的质量和速度，验证动能定理的成立，并引导学生分析实验结果。

教学步骤：引入活动：1. 利用示意图或实物，向学生介绍动能的概念和定义，引发学生对动能的思考，并与日常生活中的运动现象联系起来。

概念解释与讲解：2. 通过示例和问题，解释动能定理的基本原理，引导学生理解动能定理与物体运动和受力之间的关系。

3. 引导学生推导动能定理的数学表达式，并解释其中的各个符号和量的含义，让学生掌握动能和功的计算方法。

实验探究：4. 设计一组简单的实验，利用小球滚动的实验装置，测量不同质量和速度的小球的动能，并通过引导学生计算所做的功，验证动能定理的成立。

5. 引导学生观察实验现象，分析实验结果，进一步加深对动能定理的理解。

应用拓展：6. 给学生提供一些与动能定理相关的练习题，引导学生运用动能定理解决实际物理问题，培养他们的应用能力。

7. 鼓励学生探究其他情景下动能定理的应用，并与其他物理概念和公式进行联系，拓宽他们的物理思维。

总结与反思：8. 总结本节课所学的内容，强调动能定理的重要性和应用价值，激发学生对物理学的兴趣。

9. 鼓励学生思考如何将动能定理应用到解决更复杂的物理问题中，并提供相应的拓展资源和学习渠道。

教学资源：- 示意图或实物- 小球滚动实验装置- 实验记录表格- 练习题和解答评估方式：1. 实验报告：学生通过实验探究的报告，展示他们对动能定理的理解和应用能力。

高三物理教案动能定理及其应用（5篇）高三物理教案动能定理及其应用（5篇）作为一位兢兢业业的人民教师，前方等待着我们的是新的机遇和挑战，有必要进行细致的教案准备工作，促进思维能力的发展。

怎样写教学设计才更能起到其作用呢？下面是小编收集整理的教案范文。

欢迎分享！高三物理教案动能定理及其应用（精选篇1）1、研究带电物体在电场中运动的两条主要途径带电物体在电场中的运动,是一个综合力和能量的力学问题,研究的方法与质点动力学相同(仅仅增加了电场力),它同样遵循运动的合成与分解、力的独立作用原理、牛顿运动定律、动能定理、功能原理等力学规律.研究时,主要可以按以下两条途径分析:(1)力和运动的关系--牛顿第二定律根据带电物体受到的电场力和其它力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电物体的速度、位移等.这条线索通常适用于恒力作用下做匀变速运动的情况.(2)功和能的关系--动能定理根据电场力对带电物体所做的功,引起带电物体的能量发生变化,利用动能定理或从全过程中能量的转化,研究带电物体的速度变化,经历的位移等.这条线索同样也适用于不均匀的电场.2、研究带电物体在电场中运动的两类重要方法(1)类比与等效电场力和重力都是恒力,在电场力作用下的运动可与重力作用下的运动类比.例如,垂直射入平行板电场中的带电物体的运动可类比于平抛,带电单摆在竖直方向匀强电场中的运动可等效于重力场强度g值的变化等.(2)整体法(全过程法)电荷间的相互作用是成对出现的,把电荷系统的整体作为研究对象,就可以不必考虑其间的相互作用.电场力的功与重力的功一样,都只与始末位置有关,与路径无关.它们分别引起电荷电势能的变化和重力势能的变化,从电荷运动的全过程中功能关系出发(尤其从静止出发末速度为零的问题)往往能迅速找到解题切入点或简化计算高三物理教案动能定理及其应用（精选篇2）1、与技能：掌握运用动量守恒定律的一般步骤。

2、过程与：知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题，并知道运用动量守恒定律解决有关问题的优点。

动能定理实验教案了解动能定理的应用与实验验证动能定理实验教案：了解动能定理的应用与实验验证引言：动能定理是热力学和物理学中的重要理论之一，它描述了物体的动能与其质量和速度之间的关系。

通过实验验证动能定理，可以深入了解能量转换和守恒的原理，加深对物理学知识的理解。

本教案将介绍动能定理的应用，并提供实验教学的方案。

一、动能定理的概念动能定理是指物体的动能与其质量和速度之间存在着一种定量关系。

根据动能定理，物体的动能（KE）等于其质量（m）乘以速度的平方（v^2）的一半。

即 KE = 1/2 * m * v^2。

动能定理揭示了物体的运动状态与其所具有的能量之间的关系。

二、动能定理的应用1. 轨道运动分析动能定理可以应用于轨道运动的分析中，例如天体运动、行星运动等。

通过应用动能定理，可以确定天体的动能以及与之相关的其他重要参数，进而研究天体运动规律。

2. 机械能守恒定理动能定理是机械能守恒定理的基础之一。

机械能守恒定理指出，在只受重力和弹性力作用的系统中，机械能（包括动能和势能）总保持不变。

应用动能定理可以推导出机械能守恒的一般性原理。

三、实验验证动能定理为了验证动能定理，我们可以进行以下实验：1. 简谐振动实验通过简谐振动实验，可以验证动能定理在弹簧振子上的应用。

实验中，我们可以测量弹簧振子的质量、振幅和频率，并计算出相应的动能。

通过与理论计算的动能比较，可以验证动能定理的准确性。

2. 碰撞实验利用碰撞实验，可以验证动能定理在碰撞过程中的应用。

实验中，我们可以通过测量碰撞前后物体的质量和速度，计算出它们的动能变化。

与理论预测的动能变化进行对比，可以验证动能定理是否成立。

3. 物体运动实验通过对物体运动的实验观察，可以验证动能定理在实际运动中的应用。

实验中，我们可以测量物体的质量和速度，计算出其动能，并观察它们之间的定量关系。

实验结果与动能定理的预测进行比较，可以验证动能定理是否适用于物体的实际运动。

四、实验教学方案为了更好地教学动能定理的应用与实验验证，我们可以按照以下方案进行实验教学：实验名称：弹簧振子的动能定理实验实验器材：弹簧振子、质量计、测速仪等实验步骤：1. 确定振子的质量（m）、振幅（A）和频率（f）。

高三物理教案动能定理5篇高三物理教案动能定理篇1一、教学任务分析匀速圆周运动是继直线运动后学习的第一个曲线运动，是对如何描述和研究比直线运动复杂的运动的拓展，是力与运动关系知识的进一步延伸，也是以后学习其他更复杂曲线运动(平抛运动、单摆的简谐振动等)的基础。

学习匀速圆周运动需要以匀速直线运动、牛顿运动定律等知识为基础。

从观察生活与实验中的现象入手，使学生知道物体做曲线运动的条件，归纳认识到匀速圆周运动是最基本、最简单的圆周运动，体会建立理想模型的科学研究方法。

通过设置情境，使学生感受圆周运动快慢不同的情况，认识到需要引入描述圆周运动快慢的物理量，再通过与匀速直线运动的类比和多媒体动画的辅助，学习线速度与角速度的概念。

通过小组讨论、实验探究、相互交流等方式，创设平台，让学生根据本节课所学的知识，对几个实际问题进行讨论分析，调动学生学习的情感，学会合作与交流，养成严谨务实的科学品质。

通过生活实例，认识圆周运动在生活中是普遍存在的，学习和研究圆周运动是非常必要和十分重要的，激发学习热情和兴趣。

二、教学目标1、知识与技能(1)知道物体做曲线运动的条件。

(2)知道圆周运动;理解匀速圆周运动。

(3)理解线速度和角速度。

(4)会在实际问题中计算线速度和角速度的大小并判断线速度的方向。

2、过程与方法(1)通过对匀速圆周运动概念的形成过程，认识建立理想模型的物理方法。

(2)通过学习匀速圆周运动的定义和线速度、角速度的定义，认识类比方法的运用。

3、态度、情感与价值观(1)从生活实例认识圆周运动的普遍性和研究圆周运动的必要性，激发学习兴趣和求知欲。

(2)通过共同探讨、相互交流的学习过程，懂得合作、交流对于学习的重要作用，在活动中乐于与人合作，尊重同学的见解，善于与人交流。

三、教学重点难点重点：(1)匀速圆周运动概念。

(2)用线速度、角速度描述圆周运动的快慢。

难点：理解线速度方向是圆弧上各点的切线方向。

四、教学资源1、器材：壁挂式钟，回力玩具小车，边缘带孔的旋转圆盘，玻璃板，建筑用黄沙，乒乓球，斜面，刻度尺，带有细绳连接的小球。

实验五探究动能定理目录课前预习·基础落实课堂互动·考点突破课前预习·基础落实【实验目的】探究外力做功与物体动能变化的关系。

【实验原理】实验装置如图实Ⅴ－1所示，在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，小车将在砝码盘对它的拉力作用下做匀加速直线运动。

在打出的纸带上适当间隔地取两个点A、B，用平均速度的方法确定出A、B两点速度v A、v B，求出此过程中物体动能的变化量为ΔE k，测量这段过程中物体运动的距离x，算出拉力做的功W，通过比较W和ΔE k的值，就可以找出两者之间的关系。

【实验器材】长木板(一端带滑轮)、刻度尺、打点计时器、纸带、导线、电源、小车、细线、砝码盘、砝码、天平。

【实验步骤】1．用天平测出小车质量及砝码盘的质量，记录小车的质量M及砝码盘的质量m。

2．按图安装实验器材，只是不要挂砝码；要调整定滑轮的高度，使细线与木板平行。

3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫薄木块，并反复移动其位置，直到小车在斜面上匀速运动为止。

4．挂上砝码(要使小车的质量远大于砝码的质量)，接通电源，放开小车，打点计时器就在纸带上打下一系列的点，取下纸带并标记使用的砝码质量。

5．重复步骤4，打2～3条纸带。

6．改变砝码盘中砝码的个数，重复步骤4、5，再做几次实验。

【数据处理】从每次实验中选取点迹清晰的纸带，选取计数点A、B，进行测量运算，填入下表：根据实验数据得出结论。

【注意事项】1．砝码的质量要远小于小车的质量。

2．平衡摩擦力时，不要加砝码，但应连接纸带且接通电源。

3．小车所受的阻力f应包括小车受的摩擦力和打点计时器对小车后所拖纸带的摩擦力。

4．小车应靠近打点计时器，并且要先接通电源后再放手。

【误差分析】1．实验的系统误差是绳对小车的拉力小于砝码的重力。

2．平衡摩擦力不彻底或平衡过了也会造成误差。

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。

课堂互动·考点突破考点一对实验原理的理解[例1] (广州模拟)某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝v，②W∝v，③W∝v2。

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：(1)请以Δv2.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)(3)我们可以通过测得的多组数据来建立1Δt 2­m 的关系图象来进行更准确的实验验证，则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度的大小是v ＝dΔt. (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 ；滑块的动能改变表达式为E k ＝12Mv 2＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2. (3)由动能定理得mgx ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2，所以1Δt 2＝2gx d 2M m ，1Δt 2与m 成正比.盘和砝码的总质量m 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. [答案] (1)d Δt (2)mgx 12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2 (3)丙 [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M 1；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M 2、M 3、M 4、…；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(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W 1、W 2、W 3、…，小物体抛出点到落地点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”).[解析] (1)根据动能的定义E k ＝mv 22可知，要求出E k ，需要测量m 、v .而小物块离开桌面做平抛运动，有h ＝12gt 2，L ＝vt ，得v ＝L g 2h ，因此，只要测出L 、h ，就可知v ，选项A 、D 、E 正确.(2)因v ＝L g 2h，所以若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可避免，属于系统误差.[答案] (1)ADE (2)L 2 (3)系统误差。

第5节实验：探究动能定理验证机械能守恒定律一、实验：探究动能定理1．实验目的：(1)探究动能定理．(2)感悟实验方案的设计和实验数据的处理方法．2．实验的方法：如图所示，依次用2根、4根、6根……同样的橡皮筋与物体相连接，并且每次将橡皮筋拉伸相同的长度，这样操作，无须计算就可知道橡皮筋对物体所做的功依次为W、2W、3W……而每次橡皮筋对物体做功后的速度，可用打点计时器测出．3．实验器材：打点计时器(含纸带、学生电源、复写纸、连接导线)、同种橡皮条(10根)、小车、长木板、钉子、刻度尺．4．实验步骤：(1)按图连接好器材．橡皮筋的一端套在小车上，另一端套在钉子上，第一次用两根橡皮筋．将长木板倾斜一个角度，使重力沿斜面向下的分力平衡小车受到的摩擦力．(2)将小车拉到靠近打点计时器的位置(在橡皮筋弹性限度内)，并标记下此位置；接通电源后松手．(3)换上纸带，并在纸带上做好标记，每次增加两根橡皮筋，然后将小车拉到同一位置，接通电源后松手．依次再做四次．(4)根据纸带求橡皮筋对小车做功后的速度．在每条纸带上找出点间距相等的那部分，它记录的是小车做匀速运动的情况，如图所示的计数点B、E、C部分．用刻度尺量出计数点B、C之间的距离d，设相邻两计数点间的时间隔为T，那么，橡皮筋对小车做功后的速度：v i＝__d2T__．(5)分析测量数据得出实验结论．根据实验所得数据W i与v i，猜想W i与v i的关系，先看它们是否满足最简单的正比关系，即：W i∝v i.接着再猜想W i∝v2i？大致成立后，再作W i－v2i 图进行验证．5．实验结论：W i∝v2i.6．实验中应注意事项(1)平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，为了保证橡皮筋对物体的功就是合外力的功，必须设法排除摩擦力的影响．可采用将木板一端垫高的方法来实现．将木板一端垫高，让自由小车(不系橡皮筋时)能在木板上匀速运动，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力相平衡，就消除了摩擦力的影响．(2)每次实验所用的每条橡皮筋，其长度、材料和粗细都应是相同的，并且橡皮筋拉伸的长度都保持一致．(3)打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选点间间距相等的一段纸带来计算小车的速度，因这一小段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形．二、实验：验证机械能守恒定律1．实验目的：验证物体做自由落体运动时机械能守恒．巩固由纸带求瞬时速度的方法，体验误差分析．2．实验原理：自由下落的物体只有重力做功，若减小的势能等于增加的动能，即：__－ΔE p ＝ΔE k __，则物体机械能守恒．3．实验的方法：让连着纸带的重物由静止自由下落，重物下落的高度h ，和下落高度h时重物的速度v ，可根据纸带得出．看__gh ＝12v 2__是否成立．4．实验器材：铁架台、重物、打点计时器、低压交流电源、开关、刻度尺、复写纸、纸带、导线．5．实验步骤：(1)按装置图a 安装好器材，注意打点计时器板面竖直，保证两个限位孔中心在同一竖直线上，并用导线将计时器接到低压交流电源上．(2)将长约1米的纸带一端用小夹子固定在重物上后，另一端(上端)穿过打点计时器限位孔，用手提着纸带，使重物静止并靠近计时器的下方．(3)接通电源，让重物带动纸带自由下落，计时器在纸带上打下一系列的点．(4)换几次纸带，重复上述(2)、(3)步骤．(5)在所得到的纸带中，选取点迹清晰的3条纸带进行测量．先记下第一点作为O 点，再在纸带上点迹清晰部分依次连续地选取三个计数点，且相邻两计数点间的时间相等，设为T ，如图b 所示的D 、E 、F 三点，用刻度尺测出距O 点到E 点的距离设为h i ，以及D 、F 间的距离s.(6)用公式v i ＝s 2T，计算出E 点对应速度． (7)看势能减少量mgh i 是否等于动能增加量12mv 2i . 6．实验结论：重物自由下落时机械能守恒．7．实验中应注意的事项．(1)因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m ，而只需验证12v 2i ＝gh i 就行了． (2)打点计时器要竖直架稳，使板面在同一竖直平面内，其两限位孔中心要在同一竖直线上，以尽量减少纸带与打点计时器间的摩擦阻力．(3)实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落．(4)测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能弄错．为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些．(5)由于实验中不可避免地存在纸带与限位孔、振针间的摩擦及空气阻力作用，因此减小的重力势能值ΔE p要大于增加的动能值ΔE k.对应学生用书p104实验原理与操作1 某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验，实验装置如图所示，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打在纸带上的点进行计算．(1)除了上图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和________(选填“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．放开未拖着纸带的小车，能够自由下滑即可B．放开未拖着纸带的小车，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，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[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．[答案] (1)交流(2)D(3)B2 某同学用如图甲所示的装置，利用重物自由下落来验证机械能守恒定律．(1)该实验中，下列做法正确的是________．A ．重物选用质量和密度较大的金属锤B ．应先释放重物后接通电源C ．两限位孔在同一竖直面内上下正对D ．可以由公式v ＝gt 求打某点时纸带的速度(2)实验中得到的一条点迹清晰的纸带如图乙所示，若把第一个点记做O ，另选连续的三个点A 、B 、C 作为测量点，测得A 、B 、C 到O 的距离分别为71.18 cm 、78.76 cm 、86.76 cm .所用重物的质量为1.00 kg .打点计时器所用交流电的频率为50 Hz .g 取10 m /s 2.①乙图中，纸带的________(填“左”或“右”)端与重物相连；②根据以上数据，可知重物由O 点运动到B 点，重力势能的减少量为______J ，动能的增加量为______J ．(计算结果保留三位有效数字)[解析] (1)为了减小阻力的影响，重物应选用质量大、体积小、密度大的材料，A 正确；实验时应先接通电源后释放重物，B 错误；两限位孔在同一竖直面内上下正对，避免纸带与限位孔摩擦，减小误差，C 正确；实验时不能根据v ＝gt 求解瞬时速度，否则默认机械能守恒，失去验证的意义，D 错误．(2)①重物做加速运动，所以打点间距逐渐变大，左端和重物相连．②重力势能减小量ΔE p ＝mgh OB ＝1×10×0.787 6 J ≈7.88 J .打B 点重物的瞬时速度v B ＝x AC 2T ＝0.867 6－0.711 82×0.02 m /s ＝3.895 m /s ，则动能增加量 ΔE k ＝12mv 2B ＝12×1×3.8952 J ≈7.59 J .[答案] (1)AC (2)①左 ②7.88 7.59【变式1】 在用如图所示的装置做“探究功与速度变化的关系”的实验中．(1)下列说法不正确的是( )A ．为了平衡摩擦力，实验中可以将长木板的左端适当垫高，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 ．为简便起见，每次实验中橡皮筋的规格要相同，拉伸的长度要一样C ．可以通过改变橡皮筋的条数来改变拉力做功的数值D ．可以通过改变小车的质量来改变拉力做功的数值(2)根据实验数据作出了如图所示的W －v 图象，下列符合实际的是( )(3)某同学在一次实验中，得到一条记录纸带．纸带上打出的点，两端密、中间疏．出现这种情况的原因是：________________________________．[答案] (1)D (2)B (3)可能没有使木板倾斜或倾角太小【变式2】 用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律．实验所用的电源为学生电源，输出电压有6 V 的交流电和直流电两种．重物从高处由静止开始下落，重物拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即可验证机械能守恒定律．(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：A ．按照图示的装置安装器材；B ．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C ．用天平测出重物的质量；D ．释放纸带，同时接通电源开关打出一条纸带；E ．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F ．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．其中没有必要进行或者操作不恰当的步骤是________．(将其选项对应的字母填在横线处)(2)在验证机械能守恒定律的实验中，若以12v 2为纵轴、以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2－h 的图象应是____________________，才能验证机械能守恒定律.12v 2－h 图象的斜率等于________的数值．[解析] (1)打点计时器应接到电源的交流输出端上，故B 错误；验证机械能是否守恒只需验证mgh ＝12mv 2，即gh ＝12v 2，m 可约去，故不需要用天平测重物的质量，故C 没有必要进行；开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下，如果先放开纸带让重物下落，再接通打点计时器的电源，由于重物运动较快，不利于数据的采集和处理，会使实验产生较大的误差，故D 错误．(2)利用12v 2­h 图线处理数据，物体自由下落过程中机械能守恒，mgh ＝12mv 2，即12v 2＝gh ，若以12v 2为纵轴、以h 为横轴，画出的图线应是过原点的倾斜直线，由以上易知12v 2－h 图线的斜率就等于重力加速度g 的数值．[答案] (1)BCD (2)过原点的倾斜直线 重力加速度g数据处理、误差分析3 利用图甲装置做“验证机械能守恒定律”实验．(1)为验证机械能是否守恒，需要比较重物下落过程中任意两点间的________．A．动能变化量与势能变化量B．速度变化量和势能变化量C．速度变化量和高度变化量(2)除带夹子的重物、纸带、铁架台(含铁夹)、电磁打点计时器、导线及开关外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是________．A．交流电源B．刻度尺C．天平(含砝码)(3)实验中，先接通电源，再释放重物，得到如图乙所示的一条纸带．在纸带上选取三个连续打出的点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为h A、h B、h C.已知当地重力加速度为g，打点计时器打点的周期为T.设重物的质量为m.从打O点到打B点的过程中，重物的重力势能变化量ΔE p＝________，动能变化量ΔE k＝________．(4)大多数学生的实验结果显示，重力势能的减少量大于动能的增加量，原因是________．A．利用公式v＝gt计算重物速度B．利用公式v＝2gh计算重物速度C．存在空气阻力和摩擦阻力的影响D．没有采用多次实验取平均值的方法(5)某同学想用下述方法研究机械能是否守恒：在纸带上选取多个计数点，测量它们到起始点O的距离h，计算对应计数点的重物速度v，描绘v2－h图象，并做如下判断：若图象是一条过原点的直线，则重物下落过程中机械能守恒，请你分析论证该同学的判断是否正确．________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________[解析] (1)重物下落过程中重力势能减少，动能增加，故该实验需要比较重物下落过程中任意两点间的动能变化量与势能变化量在误差范围内是否相等，A项正确．(2)电磁打点计时器使用的是交流电源，故要选A，需要测纸带上两点间的距离，还需要刻度尺，选B，根据mgh＝12mv2－0可将等式两边的质量抵消，不需要天平，故选A、B.(3)重物的重力势能变化量为ΔE p＝－mgh B，动能的变化量ΔE k＝12mv2B＝12m⎝⎛⎭⎪⎫h C－h A2T2＝m（h C－h A）28T2.(4)重物重力势能的减少量略大于动能的增加量，是因为重物下落过程中存在空气阻力和摩擦阻力的影响，C正确．(5)该同学的判断依据不正确，在重物下落h的过程中，若阻力F阻恒定，根据mgh－F阻h＝12mv2－0，则v2＝2⎝⎛⎭⎪⎫g－F阻mh可知，v2－h图象就是过原点的一条直线．要想通过v2－h图象的方法验证机械能是否守恒，还必须看图象的斜率是否接近2g.[答案] (1)A(2)AB(3)－mgh B m（h C－h A）28T2(4)C(5)见解析4 用如图甲所示的实验装置完成“探究动能定理”实验．请补充完整下列实验步骤的相关内容．(1)用天平测量小车和遮光片的总质量M、砝码盘的质量m0；用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为________cm；按图甲所示安装好实验装置，用米尺测量两光电门之间的距离s.(2)在砝码盘中放入适量砝码；适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A和光电门B的时间相等．(3)取下细线和砝码盘，记下________________________(填写相应物理量及其符号)．(4)让小车从靠近滑轮处由静止释放，用数字毫秒计时器分别测出遮光片经过光电门A 和光电门B所用的时间Δt A和Δt B.(5)在步骤(4)中，小车从光电门A下滑至光电门B过程合外力做的总功W合＝________，小车动能变化量ΔE k＝__________(用上述步骤中的物理量表示，重力加速度为g)，比较W 合和ΔE k的值，找出两者之间的关系．(6)重新挂上细线和砝码盘，改变砝码盘中砝码质量，重复(2)～(5)步骤．(7)本实验中，以下操作或要求是为了减小实验误差的是________．A．尽量减小两光电门间的距离sB ．调整滑轮，使细线与长木板平行C ．砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量[解析] (1)由于游标卡尺是20分度，所测遮光片的宽度应是主尺读数与游标尺两读数之和，即5 mm ＋4×0.05 mm ＝5.20 mm ＝0.520 cm .(3)在砝码盘中放入适量砝码，适当调节长木板的倾角，直到轻推小车，遮光片先后经过光电门A 和光电门B 的时间相等，这一步目的是使取下细线和砝码盘后小车运动所受合外力等于砝码和砝码盘的重力(m ＋m 0)g ，所以当取下细线和砝码盘时，记下砝码盘中砝码的质量m.(5)小车从光电门A 下滑至光电门B 过程中合外力做的总功W 合＝(m ＋m 0)gs ，小车动能变化量ΔE k ＝12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt B 2－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt A 2，比较W 合和ΔE k 的值，找出两者之间的关系． (7)尽量减小两光电门间的距离s ，会增大误差，选项A 错误；调整滑轮，使细线与长木板平行，这样细线拉力等于小车做加速运动时受到的合外力，有利于减小误差，选项B 正确；本实验没有用砝码和砝码盘的重力代替细线的拉力对小车做功，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，选项C 错误．[答案] (1)0.520 (3)砝码盘中砝码的质量m (5)(m ＋m 0)gs 12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt B 2－12M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt A 2(7)B, 利用重物带动纸带竖直下落做“验证机械能守恒定律”实验的考查，主要在数据的计算处理和误差分析两方面．1．数据处理和守恒的验证有以下三种方法：方法一：利用起始点和第n 点计算，代入gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12v 2n ，则验证了机械能守恒定律． 方法二：任取两点计算(1)任取两点A 、B 测出h AB ，算出gh AB .(2)算出12v 2B －12v 2A 的值．(3)如果在实验误差允许的范围内gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则验证了机械能守恒定律． 方法三：图象法．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h ，并计算各点速度的平方v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2－h 图线．若在误差允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g 的直线，则验证了机械能守恒定律．2．误差分析(1)实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量必定稍小于势能的减少量，这是属于系统误差，减少空气阻力影响产生的方法是：使纸带下挂的重物重力大些，且体积要小．(2)打点计时器产生的误差①由于交流电周期的变化，引起打点时间间隔变化而产生误差．②计数点选择不好、振动片振动不均匀、纸带放置方法不正确引起摩擦，造成实验误差． ③打点时的阻力对纸带的运动性质有影响，这也属于系统误差．(3)由于测长度带来的误差属偶然误差，减少办法：一是测距离时都应从O 点量起，二是多测几次取平均值．(4)物体下落过程中通过某一位置的速度可以用光电计时器测出来，利用这种装置验证机械能守恒定律，能消除纸带与限位孔的摩擦阻力带来的系统误差．)【变式3】 如图甲所示的装置叫做“阿特伍德机”，它是早期英国数学家和物理学家阿特伍创制的一种著名的力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律．某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示，已知重力加速度为g.实验时，该同学进行了如下操作①将质量均为M 的重物A 、B(A 含挡光片及挂钩、B 含挂钩)用绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态．测量出挡光片中心到光电门中心的竖直距离h ；②在B 的下端挂上质量也为M 的物块C ，让系统(重物A 、B 以及物块C 中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间为Δt ；③测出挡光片的宽度d ，计算有关物理量，验证机械能守恒定律．(1)如果系统(重物A 、B 以及物块C)的机械能守恒，应满足的关系式为__________．(用g 、h 、d 和Δt 表示)(2)引起该实验系统误差的主要原因有________________________________________________________________．(写一条即可)[解析] (1)重物A 经过光电门时的速度v ＝dΔt ，增加量ΔE k ＝12×3Mv 2＝32M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2，系统重力势能的减小量为Mgh ，系统机械能守恒应满足的关系式为：Mgh ＝32M ⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2，化简得gh ＝32⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2. (2)系统机械能守恒的条件是只有重力做功，引起实验误差的原因可能是：绳子有一定的质量、滑轮与轴之间有摩擦、重物运动受到空气阻力．[答案] (1)gh ＝32⎝ ⎛⎭⎪⎫d Δt 2(2)绳子有一定的质量、滑轮与轴之间有摩擦、重物运动受到空气阻力【变式4】 为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案： A ．第一步：他把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹重锤相连，然后跨过定滑轮，重锤夹后连一纸带，穿过打点计时器，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板匀速运动如图甲所示B ．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靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使其穿过打点计时器，然后接通电源释放滑块，使之从静止开始加速运动，打出纸带，如图乙所示打出的纸带如下图：试回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数的时间间隔为T ，根据纸带求滑块速度，当打点计时器打A 点时滑块速度v A ＝__________，打点计时器打B 点时滑块速度v B ＝__________．(2)已知重锤质量m ，当地的重加速度g ，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块____________(写出物理名称及符号)，合外力对滑块做功的表达式W 合＝________．(3)测出滑块运动OA 段、OB 段、OC 段、OD 段、OE 段合外力对滑块所做的功，W A 、W B 、W C 、W D 、W E 以v 2为纵轴，以W 为横轴建坐标系，描点作出v 2－W 图象，可知它是一条过坐标原点的倾斜直线，若直线斜率为k ，则滑块质量M ＝________．[解析] (1)由时间中点的瞬时速度等于这段时间的平均速度得v A ＝OB 2T ＝x 22T ；v B ＝ x 3－x 12T. (2)因整个系统在图甲中匀速运动，撤去重锤后，滑块下滑时所受到的合外力就是重锤的重力，由动能定理，只要知道滑块下滑的位移x 就可得合外力所做的功，且合力功为mgx.(3)由动能定理可得W ＝12Mv 2，若描点作出v 2－W 图象，是一条过坐标原点的倾斜直线，直线斜率为k ，滑块质量M ＝2k. [答案] (1)x 22T x 3－x 12T (2)下滑的位移x mgx (3)2k考点三 实验的改进与创新5 DIS 实验是利用现代信息技术进行的实验．学生实验“用DIS 研究机械能守恒定律”的装置如图(a )所示，摆动小球上安装有遮光片J ，其宽度Δs 已输入计算机，在图中A 、B 、C 、D 四处都安上光电传感器，并将所测得的数据都自动输入计算机处理，由计算机程序计算出所需的物理量，并画出图象．某组同学在一次实验中，选择DIS 以图象方式显示实验的结果，得到三条图线，如图(b )所示．图象的横轴表示小球距D 点的高度h ，纵轴表示摆球的重力势能E p 、动能E k 或机械能E.试回答下列问题：(1)图(b )图象中，表示小球的重力势能E p 、动能E k 、机械能E 随小球距D 点的高度h 变化关系的图线分别是________(按顺序填写相应图线所对应的文字)；(2)图(a )所示的实验装置中，小球起到________的作用，传感器K 的名称是________；(3)根据图(b )所示的实验图象，可以得出的结论是________________________________________________________________________________________________________________________________________________.[解析] (1)重力势能随小球距D 点高度的增加而增大，动能随小球距D 点高度的增加而减小，而机械能不变，故乙表示重力势能E p ，丙表示动能E k ，甲表示机械能E.(2)图(a )所示的装置中，小球起到挡光片的作用，而传感器K 的名称是光电传感器．(3)由图线(b )所示的图象可以看出，小球在动能和重力势能相互转化过程中，机械能是守恒的．[答案] (1)乙、丙、甲(2)挡光片(或遮光片、遮光板) 光电门传感器(或光电门、光电传感器)(3)在误差允许的范围内，在只有重力做功的情况下，小球的机械能守恒6 用如图甲所示装置来探究功和动能变化的关系，木板上固定两个完全相同的遮光条A 、B ，用不可伸长的细线将木板通过两个滑轮与弹簧测力计C 相连，木板放在安装有定滑轮和光电门的轨道D 上，轨道放在水平桌面上，P 为小桶(内有砂子)，滑轮质量、摩擦不计．(1)实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是__________________．(2)用游标卡尺测量遮光条的宽度，如图乙所示，则遮光条的宽度d ＝________cm .(3)实验主要步骤如下：①测量木板(含遮光条)的质量M ，测量两遮光条间的距离L ，按图甲所示正确连接器材； ②将木板左端与轨道左端对齐，静止释放木板，木板在细线拉动下运动，记录弹簧测力计示数F 及遮光条B 、A 先后经过光电门的时间为t 1、t 2，则遮光条B 、A 通过光电门的过程中木板动能的变化量ΔE k ＝________，合外力对木板做功W ＝________．(以上两空用字母M 、t 1、t 2、d 、L 、F 表示)③在小桶中增加砂子，重复②的操作，比较W 、ΔE k 的大小，可得出实验结论．[解析] (1)为了使绳子拉力充当合力，即细线拉力做的功等于合力对木板做的功应先平衡摩擦力，即实验中轨道应倾斜一定角度，这样做的目的是平衡摩擦力．(2)游标卡尺的读数先读出主尺的刻度数：5 mm ，游标尺的刻度第10个刻度与上边的刻度对齐，所以游标读数为：0.05×10＝0.50 mm ，总读数为：5 mm ＋0.50 mm ＝5.50 mm ＝0.550 cm .(3)木板通过A 时的速度：v A ＝d t 2；通过B 时的速度：v B ＝d t 1；则木板通过A 、B 过程中动能的变化量：ΔE ＝12Mv 2A －12Mv 2B ＝12M ⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 12；合力对木板所做的功：W ＝FL. [答案] (1)平衡摩擦力 (2)0.550(3)ΔE ＝12M ⎣⎢⎡⎦⎥⎤⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 22－⎝ ⎛⎭⎪⎫d t 12 FL 【变式5】 某同学用如图所示的装置，分别验证“动能定理”及“机械能守恒定律”，在装置中，气垫导轨上滑块的质量为M ，钩码的质量为m ，遮光条宽度为d ，两光电门间的距离为L ，滑块通过光电门1、2，记录的时间分别为t 1、t 2，当地的重力加速度为g.。

实验五探究动能定理1．实验目的(1)探究外力对物体做的功与物体动能变化的关系。

(2)通过实验数据分析，总结出外力对物体做的功与物体速度的二次方成正比关系。

2．实验原理(1)不是直接测量橡皮筋对小车做的功，而是通过改变橡皮筋条数确定橡皮筋对小车做的功W、2W、3W…(累积法)(2)由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。

这样，进行若干次测量，就得到若干组功和速度的数据。

(3)以橡皮筋对小车做的功为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，作出W­v或W­v2图象。

分析图象，可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系。

3．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(使用电火花计时器不用学生电源)、5～6条规格相同的橡皮筋、刻度尺。

4．实验步骤(1)安装按原理图将仪器安装好。

(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，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)用1条橡皮筋获取数据：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，设此时橡皮筯对小车做的功为W，将这一组数据记入表格。

(4)用2条橡皮筋获取数据：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)用多条橡皮筋获取数据：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。

(6)处理数据，得出结论：作出W­v或W­v2图象，分析图象得出结论。

5．注意事项(1)平衡摩擦力原理：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。

(2)选点测速：测小车的速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动时的部分。

探究动能定理知识元探究动能定理知识讲解一、实验目的1．通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系．2．体会探究过程和所用的方法．二、实验原理1．功的确定：让橡皮筋拉动小车做功使小车的速度增加，使拉小车的橡皮筋的条数由1条变为2条、3条……则橡皮筋对小车做的功为W，2W，3W，….2．速度的计算：通过对打点计时器所打纸带的测量计算出每次橡皮筋做功结束时小车的速度．3．分析每次橡皮筋做的功与物体速度的关系，即可总结出功与速度变化的关系．三、实验器材木板、橡皮筋(若干)、小车、打点计时器、低压交流电源、纸带、刻度尺等．四、实验步骤1．按如图所示安装好仪器．2．平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫起，纸带穿过打点计时器，不挂橡皮筋，接通电源，轻推小车，打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点．3．第一次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，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格．4．换用2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出速度为v2，v3，v4，…，橡皮筋对小车做功分别为2W，3W，4W，…，将数据记入表格．5．分析数据，尝试做W-v、W-v2等图象，探究W，v的关系．五、注意事项1．平衡摩擦力的方法：将木板一端垫高，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匀速运动，找到木板的一个合适的倾角．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．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．每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止开始运动．5．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．6．使小车挂住橡皮筋的中点，放正小车，使小车沿木板的中间线运动.六、数据处理1．速度数值的获得：实验获得的是如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以，应该在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v＝，其中T是打点计时器的打点周期．即选择相邻距离基本相同的若干点A1，A2，A3，…来计算小车匀速运动时的速度．2．计算小车做的功分别为W，2W，3W，…时对应的v，v2，v3，的数值，填入表格．3．逐一与W的一组数值对照，判断W与v，v2，v3，的可能关系或尝试着分别画出W 与v，W与v2，W与v3，W与间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．七、误差分析1．橡皮筋长短、粗细不一造成误差；2．纸带上“点”间距离测量不准，造成误差；3．未平衡摩擦力、没有完全平衡摩擦力或过度平衡摩擦力造成误差；例题精讲探究动能定理例1.同学们分别利用图甲、乙所示的两种装置采用不同方法探究“合外力做功与动能改变量的关系”。

实验五 探究动能定理考纲解读1.通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系.2.通过分析论证和实验探究的过程，培养实验探究能力和创新精神．基本实验要求 1．实验目的探究功与物体速度变化的关系． 2．实验原理(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2W. (3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s ——做功应为3W.(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定速度变化与功的关系． 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.规律方法总结 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均匀程度判断小车是否做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角．(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，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．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－v2、W－v3图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线．考点一实验原理与实验操作例1 (2020·天津·9(2))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1所示．图1①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办法：______________________.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．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)．A．在接通电源的同时释放了小车B．小车释放时离打点计时器太近C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力解析①本实验需要知道小车的动能，因此还需要用天平测出小车的质量，用刻度尺测量纸带上点迹之间的长度，求出小车的瞬时速度．②牵引小车的细绳与木板平行的目的是在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力，选项D正确．③在保证所挂钩码数目不变的条件下要减小小车加速度可以增加小车的质量，故可在小车上加适量砝码(或钩码)．④当小车在运动过程中存在阻力时，拉力做正功和阻力做负功之和等于小车动能增量，故拉力做功总是要比小车动能增量大一些；当钩码加速运动时，钩码重力大于细绳拉力，此同学将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，则拉力做功要比小车动能增量大，故只有C、D正确．答案①刻度尺、天平(包括砝码) ②D ③可在小车上加适量砝码(或钩码) ④CD变式题组1．[实验原理与实验操作]某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图2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．图2(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3所示的纸带回答)．图3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，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．2．[实验原理与实验操作]某实验小组采用如图4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：图4a ．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；b ．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；c ．把小车拉到靠近打点计器的位置，接通电源，从静止开始释放小车，得到一条纸带；d ．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(2)实验中，该小组同学画出小车位移x 与小车速度v 的关系图象如图5所示，根据该图形状，某同学对W 与v 的关系作出了猜想，肯定不正确的是________．图5 A ．W ∝v B ．W ∝v 2C ．W ∝1vD ．W ∝v 3答案 (1)B (2)AC解析 (1)解决该实验题首先要明白该实验的实验原理．该实验是利用小车所受到的合外力做的功等于小车动能的变化量的关系进行实验的，即Fx ＝12mv 2，由此可以看出，实验中钩码的质量不会影响实验的结果，选项A 错误；在实验中，拉小车的细绳应与长木板平行，以保证拉力的方向与位移的方向在一条直线上，这样可以有效地减小误差，选项B正确；该实验不需要平衡摩擦力，因为无论钩码的质量多大，细绳对小车的拉力与摩擦力的合力在每一次实验中都为恒力，均可满足Fx＝12mv2的要求，故选项C错误；应先接通电源，等打点计时器工作稳定后再释放小车，选项D错误．(2)如果W∝v，x－v图象应该是一条过原点的直线；如果W∝1v，x－v图象应该是双曲线的一支，故肯定不正确的是选项A、C.考点二数据处理与误差分析例2 如图6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．小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出．图6(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；(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v2n 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(4)n n n在如图7所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性．图7解析(1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺．打点计时器需要交流电源.(2)小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀．(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，然后用平滑曲线连线作出v2n－W n图象，如图所示．答案(1)刻度尺、交流电源 (2)点距均匀(3)2W、3W、4W、5W (4)v2n图象见解析变式题组3．[实验数据的处理](2020·四川·8(2))如图8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8①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，改变长木板的倾斜程度，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，通过实验得到如图9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9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).O—B O—C O—D O—E O—FW/J 0.043 2 0.057 2 0.073 4 0.091 5ΔE k/J 0.043 0 0.057 0 0.073 4 0.090 7k③实验前已测得托盘质量为7.7×10－3 kg，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) ②0.111 5 0.110 5③0.015解析 ①取下细绳与托盘后，当摩擦力恰好被平衡时，小车与纸带所受合力为零，获得初速度后应做匀速直线运动．②由题图可知OF ＝55.75 cm ，再结合v t2＝v 可得打下计数点F 时的瞬时速度v F ＝OG －OE 2T ＝1.051 m/s ，故W ＝F·OF ＝0.111 5 J ，ΔE k ＝12Mv 2F ≈0.110 5 J.③根据牛顿第二定律有：对小车F ＝Ma ，得a ＝1.0 m/s 2；对托盘及砝码(m ＋m 0)g －F ＝(m ＋m 0)a ，故有m ＝F g －a －m 0＝0.29.8－1.0kg －7.7×10－3kg ≈0.015 kg 4．[数据处理与误差分析]某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验，他的操作步骤如下：(1)按如图10所示安装好实验装置，其中小车质量M ＝0.20 kg ，钩码总质量m ＝0.05 kg.图10(2)释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率f ＝50 Hz)，打出一条纸带．(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图11所示．把打下的第一个点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点的距离分别为d 1＝0.041 m ，d 2＝0.055 m ，d 3＝0.167 m ，d 4＝0.256 m ，d 5＝0.360 m ，d 6＝0.480 m ……，他把钩码的重力(当地重力加速度g ＝10 m/s 2)作为小车所受合力，算出打下0点到打下第5点合力做功W ＝________J(结果保留三位有效数字，重力加速度g 取10 m/s 2)，打第5点时小车的动能E k ＝________(用相关数据前字母列式)，把打下第5点时小车的动能作为小车动能的改变量，算得E k ＝0.125 J.图11(4)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大．通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是________．A ．钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多B ．没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多C ．释放小车和接通电源的顺序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小D ．没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因 答案 (3)0.180 Mf 2200(d 6－d 4)2 (4)AB解析 若用钩码的重力作为小车所受的合力，则F 合＝mg ＝0.5 N ，从0点到打第5点时水平位移x ＝d 5＝0.360 m ，所以W ＝F 合x ＝0.5×0.360 J ＝0.180 J ．打第5点时小车动能E k ＝12Mv 25，v 5＝d 6－d 42Δt ，式中Δt为5个时间间隔，即Δt＝5f ，故E k ＝Mf 2200(d 6－d 4)2.从该同学的实验操作情况来看，造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车的合力和实验前没有平衡摩擦力．故选项A 、B 正确．C 、D 两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响，故不选C 、D. 考点三 实验拓展与创新1．本实验中虽然不需要计算出橡皮筋每次做功的具体数值，但需要计算出每次小车获得的速度，由于距离的测量存在一定误差，使得速度的大小不准确，在此可以安装速度传感器进行实验．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．例3 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“外力做功与物体动能变化的关系”．如图12所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm 的A 、B 两点(A 、B 两点图中未标出)各安装一个速度传感器，记录小车通过A 、B 时的速度大小．小车中可以放置砝码．图12(1)实验主要步骤如下：①测量__________和拉力传感器的总质量M 1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路．②将小车停在桌面右端靠近打点计时器处，__________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A 、B 时的速度．③在小车中增加砝码，或____________，重复②的操作．(2)表格中是他们测得的几组数据，其中M 是M 1与小车中砝码质量之和，|v 22－v 21| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F 是拉力传感器受到的拉力，W 是F 在A 、B 间所做的功．表格中ΔE 3＝______，W 3＝__________.(结果保留三位有效数字) 数据记录表次数 M/kg |v 21－v 22| /(m/s)2ΔE/J F/N W/J 1 0.500 0.760 0.190 0.400 0.200 2 0.500 1.65 0.413 0.840 0.420 3 0.500 2.40 ΔE 3 1.220 W 3 4 1.000 2.40 1.20 2.420 1.21 51.0002.841.422.8601.43(3)根据表格，请在图13中的方格纸上作出ΔE－W 图线．图13解析 (1)①在实验过程中拉力对小车、砝码和拉力传感器做功使小车、砝码和拉力传感器的动能增加，所以需要测量小车、砝码和拉力传感器的总质量；③通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力的大小得出不同的数据．(2)通过拉力传感器的示数和AB 的长度l ，用W ＝Fl 可计算拉力做的功．(3)利用图象法处理数据，由动能定理W ＝12m(v 22－v 21)可知W 与ΔE 成正比，作图可用描点法．答案 (1)①小车、砝码 ②接通电源，释放小车 ③减少钩码 (2)0.600 0.610 (3)如图所示拓展题组5．[实验的拓展](2020·新课标全国Ⅱ·22)某同学利用下述装置对轻质弹簧的弹性势能进行探究：一轻质弹簧放置在光滑水平桌面上，弹簧左端固定，右端与一小球接触而不固连．弹簧处于原长时，小球恰好在桌面边缘，如图14所示．向左推小球，使弹簧压缩一段距离后由静止释放，小球离开桌面后落到水平地面．通过测量和计算，可求得弹簧被压缩后的弹性势能．图14回答下列问题：(1)本实验中可认为，弹簧被压缩后的弹性势能E p 与小球抛出时的动能E k 相等．已知重力加速度大小为g.为求得E k ，至少需要测量下列物理量中的________(填正确答案标号)． A ．小球的质量mB ．小球抛出点到落地点的水平距离sC ．桌面到地面的高度hD ．弹簧的压缩量ΔxE ．弹簧原长l 0(2)用所选取的测量量和已知量表示E k ，得E k ＝______________.(3)图15中的直线是实验测量得到的s －Δx 图线．从理论上可推出，如果h 不变．m 增加，s －Δx 图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”)：如果m 不变，h 增加，s －Δx 图线的斜率会________(填“增大”、“减小”或“不变”)．由图中给出的直线关系和E k 的表达式可知，E p 与Δx 的__________次方成正比．图15答案 (1)ABC (2)mgs 24h(3)减小 增大 二解析 (1)小球离开桌面后做平抛运动，设桌面到地面的高度为h ，小球抛出点到落地点的水平距离为s ，则有h ＝12gt 2，s ＝v 0t ，解得v 0＝st ＝sg2h所以E k ＝12mv 20＝mgs24h.由此可知需要测量的量有m 、s 、h ，故选A 、B 、C. (2)由(1)的解析知E k ＝mgs24h.(3)在Δ x 相同的情形下，弹簧的弹性势能相同，由E p ＝12mv 20可知：①在m 增加时，速度v 0减小，因而h不变时s 减小，故图线的斜率减小．②m 不变时，v 0不变，h 增加时，时间变长，s 变大，故图线的斜率增大． 由s －Δx 图象可知，s 正比于Δx，即s ＝kΔx. 则E p ＝12mv 20＝mgs 24h ＝mgk 24h Δx 2＝k ′Δx 2所以E p 与Δx 的二次方成正比．6．[实验创新]为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案：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 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤夹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16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靠近滑轮处，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，然后接通电源，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16请回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数点间的时间间隔为Δt，根据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须测出这一过程滑块______(写出物理名称及符号，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________，根据图象还可求得________．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 解析 (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，根据ΔE k ＝12Mv 2可求得M 的值．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。