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1、2022年高考物理必考實驗精細(xì)精講 實驗五 探究動能定理學(xué)案 目錄 課前預(yù)習(xí)·基礎(chǔ)落實 課堂互動·考點(diǎn)突破 【實驗?zāi)康摹? 探究外力做功與物體動能變化的關(guān)系。 【實驗原理】 實驗裝置如圖實Ⅴ－1所示，在砝碼盤中加放砝碼并釋放砝碼盤，小車將在砝碼盤對它的拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動。在打出的紙帶上適當(dāng)間隔地取兩個點(diǎn)A、B，用平均速度的方法確定出A、B兩點(diǎn)速度vA、vB，求出此過程中物體動能的變化量為ΔEk，測量這段過程中物體運(yùn)動的距離x，算出拉力做的功W，通過比較W和ΔEk的值，就可以找出兩者之間的關(guān)系。 【實驗器材】 長木板(一端帶滑輪)、刻度尺、打點(diǎn)計時器、紙帶、導(dǎo)線

2、、電源、小車、細(xì)線、砝碼盤、砝碼、天平。 【實驗步驟】 1．用天平測出小車質(zhì)量及砝碼盤的質(zhì)量，記錄小車的質(zhì)量M及砝碼盤的質(zhì)量m。 2．按圖安裝實驗器材，只是不要掛砝碼；要調(diào)整定滑輪的高度，使細(xì)線與木板平行。 3．平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊薄木塊，并反復(fù)移動其位置，直到小車在斜面上勻速運(yùn)動為止。 4．掛上砝碼(要使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量)，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計時器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)，取下紙帶并標(biāo)記使用的砝碼質(zhì)量。 5．重復(fù)步驟4，打2～3條紙帶。 6．改變砝碼盤中砝碼的個數(shù)，重復(fù)步驟4、5，再做幾次實驗。 【數(shù)據(jù)處理】 從每次實驗中選取點(diǎn)跡清晰

3、的紙帶，選取計數(shù)點(diǎn)A、B，進(jìn)行測量運(yùn)算，填入下表： 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論。 【注意事項】 1．砝碼的質(zhì)量要遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。 2．平衡摩擦力時，不要加砝碼，但應(yīng)連接紙帶且接通電源。 3．小車所受的阻力f應(yīng)包括小車受的摩擦力和打點(diǎn)計時器對小車后所拖紙帶的摩擦力。 4．小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計時器，并且要先接通電源后再放手。 【誤差分析】 1．實驗的系統(tǒng)誤差是繩對小車的拉力小于砝碼的重力。 2．平衡摩擦力不徹底或平衡過了也會造成誤差。 3．利用打上點(diǎn)的紙帶計算小車的速度時，測量不準(zhǔn)帶來誤差。 課堂互動·考點(diǎn)突破 考點(diǎn)一　對實驗原理的理解 [例1]　 (廣州模擬)某

4、研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做的功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，實驗開始前，他們提出了以下幾種猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2。實驗裝置如圖實Ⅴ－2甲所示，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形，這時橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)我們用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。小車在實驗中獲得的速度由打點(diǎn)計時器所打的紙帶測出。 (1)實驗時為了使小車相當(dāng)于只在橡皮筋作用下運(yùn)動，應(yīng)采取的措施是___________________； (2)每次實驗得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了計算出小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的_

5、_______部分進(jìn)行測量； (3)同學(xué)們設(shè)計了以下表格來記錄數(shù)據(jù)。其中W1、W2、W3、W4…表示橡皮筋對小車做的功，v1、v2、v3、v4…表示小車每次獲得的速度。 他們根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制了如圖乙所示的W－v圖象，由圖象形狀得出結(jié)論W∝v2。他們的做法是否合適？請說明理由：__________________________。 [解析]　 (1)小車運(yùn)動過程中要受到摩擦力等阻力的作用，為抵消阻力的作用，可將木板的一端適當(dāng)墊高，設(shè)傾角為θ，只要滿足F阻＝mgsin θ，便可認(rèn)為小車只在橡皮筋作用下運(yùn)動。 (2)小車在橡皮筋作用下做加速運(yùn)動，橡皮筋作用完后小車做勻速運(yùn)動，此時紙帶上

6、的打點(diǎn)間距應(yīng)是均勻的。 (3)因為W－v圖象是曲線，不能確定W與v2的函數(shù)關(guān)系，所以不合適。 [答案]　 (1)把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力 (2)點(diǎn)距均勻 (3)不合適。由曲線不能直接確定W、v2的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)進(jìn)一步繪制W－v2圖象 [點(diǎn)評] (1)實驗中要通過傾斜木板平衡摩擦力，這與探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系中平衡摩擦力的原因是一樣的。 (2)計算小車的速度時，應(yīng)選紙帶上點(diǎn)距均勻的部分進(jìn)行測量。 針對訓(xùn)練： (福建)在“探究恒力做功與動能改變的關(guān)系”實驗中(裝置如圖實Ⅴ－3)： (1)下列說法哪一項是正確的________。(填選項前字母) A．平衡摩

7、擦力時必須將鉤碼通過細(xì)線掛在小車上 B．為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量 C．實驗時，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器由靜止釋放 (2)圖實Ⅴ－4是實驗中獲得的一條紙帶的一部分，選取O、A、B、C計數(shù)點(diǎn)，已知打點(diǎn)計時器使用的交流電頻率為50 Hz，則打B點(diǎn)時小車的瞬時速度大小為________m/s(保留三位有效數(shù)字)。 解析　 (1)平衡摩擦力是讓小車重力的下滑分力與摩擦力平衡，故不能掛鉤碼平衡摩擦力，選項A錯誤；本實驗中，近似認(rèn)為小車所受拉力等于鉤碼的重力，因此應(yīng)使鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，選項B錯誤；實驗時，為充分利用紙帶，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計時器由靜止釋放，選項C正確。

8、 (2)vB＝＝ m/s＝0.653 m/s。 答案　(1)C　(2)0.653 考點(diǎn)二　實驗數(shù)據(jù)的處理 [例2]　如圖實Ⅴ－5所示，是某研究性學(xué)習(xí)小組做探究“橡皮筋做功和物體速度變化的關(guān)系”的實驗，圖中是小車在一條橡皮筋作用下彈出，沿木板滑行的情形，這時，橡皮筋對小車做的功記為W。當(dāng)我們把2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實驗時，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。小車每次實驗中獲得的速度由打點(diǎn)計時器所打點(diǎn)的紙帶測出。 (1)除了圖中的已給出的實驗器材外，還需要的器材有 ______； (2)平衡摩擦后，每次實驗得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測量

9、小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測量； (3)下面是本實驗的數(shù)據(jù)記錄表，請將第2次、第3次……實驗中橡皮筋做的功填寫在對應(yīng)的位置； (4)從理論上講，橡皮筋做的功Wn和物體速度vn變化的關(guān)系應(yīng)是Wn∝________，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖實Ⅴ－6所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性。 [解析]　 (1)計算小車速度需要測量紙帶上的點(diǎn)的距離，要用刻度尺。 (2)小車勻速運(yùn)動時，紙帶上的點(diǎn)的間隔均勻。 (3)橡皮筋每增加一條，對小車做的功就增加W。 (4)縱坐標(biāo)表示速度的平方，橫坐標(biāo)表示功，利用描點(diǎn)法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點(diǎn)，然后用平滑曲線連線

10、作出v－Wn圖象，如圖所示。 [答案]　(1)刻度尺　(2)點(diǎn)距均勻　(3)2W　3W　4W　5W　(4)v　圖見解析 考點(diǎn)三　實驗創(chuàng)新設(shè)計 1．實驗裝置的改進(jìn) [例3]　 (江西模擬)某學(xué)習(xí)小組利用如圖實Ⅴ－7所示的裝置驗證動能定理。 (1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實驗器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s＝________cm； (2)測量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過光電門1和2所用的時間Δt1和Δt2，并從拉力傳感器中讀出滑塊受到的拉力F，為了完成實驗，還需要直接測量的一個物理量是________； (3)該實驗是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、

11、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？________(填“是”或“否”) [解析]　 (1)由圖可知，s＝70.30 cm－20.30 cm＝ 50.00 cm。 (2)要應(yīng)用滑塊驗證動能定理，應(yīng)有關(guān)系式： Fs＝M－M 故還應(yīng)測量滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M。 (3)因拉力傳感器直接測出滑塊所受的合外力，并不是用砝碼和砝碼盤的總重力代替合外力做實驗，故沒有必要滿足砝碼和砝碼盤的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量。 [答案]　(1)50.00　(2)滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量M　(3)否 [小結(jié)]　為減小實驗誤差，本實驗裝置從以下三個方面進(jìn)行改進(jìn)： (1)減

12、小摩擦阻力：用氣墊導(dǎo)軌代替木板。 (2)速度的測量：用光電門代替打點(diǎn)計時器。 (3)拉力的測定：用力傳感器測定力的大小。 2．實驗原理的遷移應(yīng)用 [例4]　某實驗小組利用如圖實Ⅴ－8所示裝置，探究木塊在木板上滑動至停止的過程中，摩擦力做的功與木塊滑上木板時初速度的關(guān)系，實驗步驟如下： A．將彈簧左端固定在平臺上，右端自然伸長到平臺右側(cè)O點(diǎn)，木板緊靠平臺，其上表面與P、O在同一水平面上。使木塊壓縮彈簧自由端至P點(diǎn)后由靜止釋放，木塊最終停在木板上的B點(diǎn)，記下P點(diǎn)并測出OB間的距離L。 B．去掉木板再使木塊壓縮彈簧自由端至P點(diǎn)并由靜止釋放，測出木塊做平拋運(yùn)動的水平位移x。 C．

13、改變由靜止釋放木塊的位置，以獲取多組L、x數(shù)據(jù)。 D．用作圖象的辦法，探求L與x的關(guān)系，得出結(jié)論。 (1)A、B兩步中，均使彈簧壓縮到同一點(diǎn)P的目的是_________________________； (2)本實驗中，是否必須測出圖中h的具體數(shù)值？________(填“是”或“否”)； (3)實驗小組根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，作出L－x2圖象如圖實Ⅴ－9所示，據(jù)此，實驗小組便得出結(jié)論：摩擦力對木塊做的功與木塊滑上木板時的初速度平方成正比。請寫出其推理過程：_____________________。 [解析]　 (1)實驗中要保證木塊滑至O點(diǎn)的速度不變，A、B兩步中，均使彈簧壓縮到同一點(diǎn)P的目的是保證木塊做平拋運(yùn)動的初速度與木塊滑上木板時的初速度相等； (2)木塊離開平臺后做平拋運(yùn)動，由于拋出點(diǎn)的高度一定，木塊在空中的運(yùn)動時間相等，木塊的水平位移與木塊做平拋運(yùn)動的初速度成正比，實驗中不需要測出平臺的高度h； (3)設(shè)木塊做平拋運(yùn)動的初速度為v，運(yùn)動時間為t，則木塊的水平位移x＝vt，則x2∝v2，由圖象知L∝x2，所以L∝v2，而W＝fL，f恒定，故有W∝L∝v2。 [答案]　(1)保證木塊做平拋運(yùn)動的初速度與木塊滑上木板時的初速度相等　(2)否　(3)見解析