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實(shí)驗(yàn)5.1 探究動(dòng)能定理 【高考導(dǎo)航】 搶分題型 ◎題型1 對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解 ◎題型2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 ◎題型3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì) ◇ 命題點(diǎn)1 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn) ◇ 命題點(diǎn)2 實(shí)驗(yàn)原理的遷移應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 探究外力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)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(duì)它的拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。在打出的紙帶上適當(dāng)間隔地取兩個(gè)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(guò)程中物體動(dòng)能的變化量為ΔEk，測(cè)量這段過(guò)程中物體運(yùn)動(dòng)的距離x，算出拉力做的功W，通過(guò)比較W和ΔEk的值，就可以找出兩者之間的關(guān)系。 題型1　對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解 例1　 (廣州模擬)某研究性學(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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始前，他們提出了以下幾種猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2。實(shí)驗(yàn)裝置如圖實(shí)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(shí)橡皮筋對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。小車在實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打的紙帶測(cè)出。 (1)實(shí)驗(yàn)時(shí)為了使小車相當(dāng)于只在橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取的措施是___________________； (2)每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了計(jì)算出小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測(cè)量； (3)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)了以下表格來(lái)記錄數(shù)據(jù)。其中W1、W2、W3、W4…表示橡皮筋對(duì)小車做的功，v1、v2、v3、v4…表示小車每次獲得的速度。 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 他們根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(qǐng)說(shuō)明理由：__________________________。 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 解析　 總結(jié) (1)實(shí)驗(yàn)中要通過(guò)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(jì)算小車的速度時(shí)，應(yīng)選紙帶上點(diǎn)距均勻的部分進(jìn)行測(cè)量。 針對(duì)訓(xùn)練： (福建)在“探究恒力做功與動(dòng)能改變的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中(裝置如圖實(shí)Ⅴ－3)： (1)下列說(shuō)法哪一項(xiàng)是正確的________。(填選項(xiàng)前字母) A．平衡摩擦力時(shí)必須將鉤碼通過(guò)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(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器由靜止釋放 (2)圖實(shí)Ⅴ－4是實(shí)驗(yàn)中獲得的一條紙帶的一部分，選取O、A、B、C計(jì)數(shù)點(diǎn)，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的交流電頻率為50 Hz，則打B點(diǎn)時(shí)小車的瞬時(shí)速度大小為________m/s(保留三位有效數(shù)字)。 答案　(1)C　(2)0.653 解析　 題型2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理 例2　如圖實(shí)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(shí)驗(yàn)，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(shí)，橡皮筋對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)，每次橡皮筋都拉伸到同一位置釋放。小車每次實(shí)驗(yàn)中獲得的速度由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打點(diǎn)的紙帶測(cè)出。 (1)除了圖中的已給出的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要的器材有 ______； (2)平衡摩擦后，每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測(cè)量； (3)下面是本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄表，請(qǐng)將第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)中橡皮筋做的功填寫在對(duì)應(yīng)的位置； 橡皮筋做的功 10個(gè)間距的距離（m） 10個(gè)間距的時(shí)間T（s） 小車獲得的速度 小車速度的平方 第1次 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)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(qǐng)你根據(jù)表中測(cè)定的數(shù)據(jù)在如圖實(shí)Ⅴ－6所示的坐標(biāo)系中作出相應(yīng)的圖象驗(yàn)證理論的正確性。 答案　(1)刻度尺　(2)點(diǎn)距均勻　(3)2W　3W　4W　5W　(4)v　圖見(jiàn)解析 解析 (1)計(jì)算小車速度需要測(cè)量紙帶上的點(diǎn)的距離，要用刻度尺。 題型3　實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 命題點(diǎn)1 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn) 例3　 (江西模擬)某學(xué)習(xí)小組利用如圖實(shí)Ⅴ－7所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。 (1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，安裝好實(shí)驗(yàn)器材，從圖中讀出兩光電門中心之間的距離s＝________cm； (2)測(cè)量擋光條的寬度d，記錄擋光條通過(guò)光電門1和2所用的時(shí)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(shí)驗(yàn)，還需要直接測(cè)量的一個(gè)物理量是________； (3)該實(shí)驗(yàn)是否需要滿足砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于滑塊、擋光條和拉力傳感器的總質(zhì)量？________(填“是”或“否”) 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 解析　 (1)由圖可知，s＝70.30 cm－20.30 cm＝ 50.00 cm。 小結(jié)　為減小實(shí)驗(yàn)誤差，本實(shí)驗(yàn)裝置從以下三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)： (1)減小摩擦阻力：用氣墊導(dǎo)軌代替木板。 (2)速度的測(cè)量：用光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。 (3)拉力的測(cè)定：用力傳感器測(cè)定力的大小。 命題點(diǎn)2 實(shí)驗(yàn)原理的遷移應(yīng)用 例4　某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖實(shí)Ⅴ－8所示裝置，探究木塊在木板上滑動(dòng)至停止的過(guò)程中，摩擦力做的功與木塊滑上木板時(shí)初速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)步驟如下： A．將彈簧左端固定在平臺(tái)上，右端自然伸長(zhǎng)到平臺(tái)右側(cè)O點(diǎn)，木板緊靠平臺(tái)，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(cè)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(cè)出木塊做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移x。 C．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(shí)驗(yàn)中，是否必須測(cè)出圖中h的具體數(shù)值？________(填“是”或“否”)； (3)實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，作出L－x2圖象如圖實(shí)Ⅴ－9所示，據(jù)此，實(shí)驗(yàn)小組便得出結(jié)論：摩擦力對(duì)木塊做的功與木塊滑上木板時(shí)的初速度平方成正比。請(qǐng)寫出其推理過(guò)程：_____________________。 答案　(1)保證木塊做平拋運(yùn)動(dòng)的初速度與木塊滑上木板時(shí)的初速度相等　(2)否　(3)見(jiàn)解析 解析