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實驗5.1 探究動能定理 【高考導(dǎo)航】 搶分題型 ◎題型1 對實驗原理的理解 ◎題型2 實驗數(shù)據(jù)的處理 ◎題型3 實驗創(chuàng)新設(shè)計 ◇ 命題點1 實驗裝置的改進 ◇ 命題點2 實驗原理的遷移應(yīng)用 實驗?zāi)康? 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動。在打出的紙帶上適當(dāng)間隔地取兩個點A、B，用平均速度的方法確定出A、B兩點速度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。 題型1　對實驗原理的理解 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動，應(yīng)采取的措施是___________________； (2)每次實驗得到的紙帶上的點并不都是均勻的，為了計算出小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進行測量； (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。 實驗次數(shù) 1 2 3 4 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：__________________________。 答案　 (1)把木板的末端墊起適當(dāng)高度以平衡摩擦力 (2)點距均勻 (3)不合適。由曲線不能直接確定W、v2的函數(shù)關(guān)系，應(yīng)進一步繪制W－v2圖象 解析　 總結(jié) (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)選紙帶上點距均勻的部分進行測量。 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．平衡摩擦力時必須將鉤碼通過細線掛在小車上 B．為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使鉤碼質(zhì)量遠大于小車質(zhì)量 C．實驗時，應(yīng)使小車靠近打點計時器由靜止釋放 (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，已知打點計時器使用的交流電頻率為50 Hz，則打B點時小車的瞬時速度大小為________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計時器所打點的紙帶測出。 (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并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進行測量； (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； 橡皮筋做的功 10個間距的距離（m） 10個間距的時間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∝________，請你根據(jù)表中測定的數(shù)據(jù)在如圖實Ⅴ－6所示的坐標系中作出相應(yīng)的圖象驗證理論的正確性。 答案　(1)刻度尺　(2)點距均勻　(3)2W　3W　4W　5W　(4)v　圖見解析 解析 (1)計算小車速度需要測量紙帶上的點的距離，要用刻度尺。 題型3　實驗創(chuàng)新設(shè)計 命題點1 實驗裝置的改進 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)　為減小實驗誤差，本實驗裝置從以下三個方面進行改進： (1)減小摩擦阻力：用氣墊導(dǎo)軌代替木板。 (2)速度的測量：用光電門代替打點計時器。 (3)拉力的測定：用力傳感器測定力的大小。 命題點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，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點后由靜止釋放，木塊最終停在木板上的B點，記下P點并測出OB間的距離L。 B．去掉木板再使木塊壓縮彈簧自由端至P點并由靜止釋放，測出木塊做平拋運動的水平位移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：_____________________。 答案　(1)保證木塊做平拋運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 解析