2019高考物理一轮复习第五章机械能及其守恒定律第5讲探究动能定理学案

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第 5 讲 研究动能定理

一、实验目的

经过实验研究外力对物体做功与物体速度的关系．

二、实验原理

研究功与速度变化的关系， 可用照实验原理图所示的装置进行实验， 经过增添橡皮筋的条数使橡皮筋对小

车做的功成倍增添，再经过打点计时器和纸带来丈量每次实验后小车的末速度 v，最后经过数据剖析得出速度

变化与功的关系．

三、实验器械

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，均衡摩擦力．

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取的速度 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.

对实验原理和操作的考察 [ 学生用书 P97]

1．均衡摩擦力的方法是轻推小车，由打在纸带上的点能否均匀判断小车能否匀速运动．

2．测小车速度时，应选纸带上点均匀散布的部分．

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，不用计算出详细数值．

4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．

【典题例析】

( 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， 挂上适合的钩码， 使小车在钩码的牵引下运动， 以此定量研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．组装的实验装置以下图．

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(1) 若要达成该实验，必需的实验器械还有哪些________________ ．

(2) 实验开始时，他先调理木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是以下的哪个 ________( 填字母代号 ) ．

A．防止小车在运动过程中发生颤动

B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清楚

C．能够保证小车最后能够实现匀速直线运动

D．可在均衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的协力

(3) 均衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，以致打出的纸带上点数较少，难以选到适合的点计算小车速度．在保证所挂钩码数量不变的条件下，请你利用本实验的器械提出一个解决方法：

________________________________________________________________________.

(4) 他将钩码重力做的功看作细绳拉力做的功， 经多次实验发现拉力做功老是要比小车动能增量大一些． 这

一状况可能是以下哪些原由造成的 ________( 填字母代号 ) ．

A．在接通电源的同时开释了小车

B．小车开释时离打点计时器太近

C．阻力未完整被小车重力沿木板方向的分力均衡掉

D．钩码做匀加快运动，钩码重力大于细绳拉力

[ 分析 ] (1) 实验要办理纸带测速度，需要刻度尺，要剖析动能的变化，一定要测出小车的质量，所以还

需要天平．

(2) 实验中调理定滑轮高度，使细绳与木板平行，可在均衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的协力，

假如不平行， 细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力， 改变了摩擦力就不可以使细绳拉力等于小车所受的合

力， D正确．

(3) 在所挂钩码个数不变的状况下，要减小小车运动的加快度，能够增大小车的质量，即可在小车上加适

量的砝码 ( 或钩码 ) ．

(4) 假如用钩码重力做的功看作细绳拉力做的功，发现拉力做的功总比小车动能的增量大，原由可能是阻

力未被完整均衡掉， 所以拉力做功一部分用来增大小车动能， 一部分用来战胜阻力做功； 也可能是小车做加快运动，所以细绳的拉力小于钩码的重力，钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功，即大于小车动能的增量，

C、 D项正确．

[ 答案 ] (1) 刻度尺、天平 ( 包含砝码 ) (2)D

(3) 可在小车上加适当的砝码 ( 或钩码 ) (4)CD

1. 某同学用如图甲所示装置做“研究协力的功与动能改变量的关系”的实验， 他经过成倍

增添位移的方法来进行考证． 方法以下： 将光电门固定在水平轨道上的 B 点，用重物经过细线拉小车， 保持小

车 ( 带遮光条 ) 和重物的质量不变， 经过改变小车开释点到光电门的距离进行多次实验， 每次实验时要求小车都由静止开释．

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(1) 用游标卡尺测出遮光条的宽度d，示数如图乙所示，则 d＝ ________cm.

(2) 假如每次实验时遮光条经过光电门的时间为t ，小车到光电门的距离为 s，经过描点作出线性图象来反

映协力的功与动能改变量的关系，则所作图象关系是 ________时才能切合实验要求．

A． s－ t B． s－t 2

C． s－ t － 1 D． s－t － 2

(3) 以下实验操作中必需的是 ________．

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．一定知足重物的质量远小于小车的质量

C．一定保证小车由静止状态开始开释

分析： (1) 由游标卡尺读数规则可知，示数为：

10 mm＋ 0.05 × 15 mm＝ 1.075 cm.

1 d

(2) 由题意可知， 该同学是经过成倍改变位移来改变做功的， 设小车所受的协力为 F，对小车，有 Fs＝ 2m t

2 1

，即有 s∝ t 2，则 D 正确．

(3) 由 (2) 可知，公式中的 F 是指小车所遇到的协力， 并且在整个实验过程中保持不变， 所以在该实验中不

需要均衡摩擦力； 同理可知， 重物与小车质量的大小关系也不会对实验结果产生影响； 若小车开释速度不为 0，

则会对实验结果产生影响，选项 C正确．

答案： (1)1.075(2)D (3)C

对实验数据办理和偏差剖析的考察 [ 学生用书 P98]

1．数据办理

(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 T 为打点周期 ) ． x，则 v＝ ( 此中

T

(2) 实验数据办理：在座标纸上画出 W－ v 和 W－ v2 图象 ( “ W”以一根橡皮筋做的功为单位 ) ．依据图象得

出 W∝v2.

2．偏差剖析

(1) 偏差的主要根源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功 W与橡皮筋的条数不行正比．

(2) 没有完整均衡摩擦力或均衡摩擦力时倾角过大也会造成偏差．

(3) 利用打上点的纸带计算小车的速度时，丈量禁止带来的偏差．【典题例析】

(2017 ·高考北京卷 ) 如图 1 所示，用质量为 m的重物经过滑轮牵引小车，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状况．利用该装置能够达成“研究动能定理”的实验．

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(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．沟通电源

(2) 实验中，需要均衡摩擦力和其余阻力．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 ) 的状况下， 轻推一下小车． 若小车拖着纸带做匀速运动， 表示

已经除去了摩擦力和其余阻力的影响．

A．计时器不打点 B．计时器打点

(3) 接通电源，开释小车，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. 在纸带上挨次取

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 x1 、x2、

x3 ，如图 2 所示．

实验中，重物质量远小于小车质量，可以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＝________．

(4) 以 v2 为纵坐标， W为横坐标，利用实验数据做出如图 3 所示的 v2－ W图象．由此图象可得 v2 随 W变化

的表达式为 __________________ ．依据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v2 这个因子；剖析实验结果

的单位关系，与图线斜率相关的物理量应是 ________________ ．

(5) 假定已经完整除去了摩擦力和其余阻力的影响，若重物质量不知足远小于小车质量的条件，则从理论

上剖析，图 4 中正确反应 v2－ W关系的是 ______________．

[ 分析 ] (1) 打点计时器使用的电源是沟通电源，应选 B.

(2) 实验中，均衡摩擦力和其余阻力时，应先不挂重物，把长木板右端适合垫高，在小车后边挂上纸带，

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