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1、2022年高考物理必考實驗精細精講 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。 【實驗器材】 長木板(一端帶滑輪)、刻度尺、打點計時器、紙帶、導(dǎo)線

2、、電源、小車、細線、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動為止。 4．掛上砝碼(要使小車的質(zhì)量遠大于砝碼的質(zhì)量)，接通電源，放開小車，打點計時器就在紙帶上打下一系列的點，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跡清晰

3、的紙帶，選取計數(shù)點A、B，進行測量運算，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計時器對小車后所拖紙帶的摩擦力。 4．小車應(yīng)靠近打點計時器，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·考點突破 考點一　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_

5、_______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。 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，便可認為小車只在橡皮筋作用下運動。 (2)小車在橡皮筋作用下做加速運動，橡皮筋作用完后小車做勻速運動，此時紙帶上

6、的打點間距應(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 [點評] (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

7、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)。 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

9、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； (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的距離，要用刻度尺。 (2)小車勻速運動時，紙帶上的點的間隔均勻。 (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，利用描點法描出各組數(shù)據(jù)對應(yīng)的點，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)點距均勻　(3)2W　3W　4W　5W　(4)v　圖見解析 考點三　實驗創(chuàng)新設(shè)計 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、

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行改進： (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，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．

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點的速度不變，A、B兩步中，均使彈簧壓縮到同一點P的目的是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)木塊離開平臺后做平拋運動，由于拋出點的高度一定，木塊在空中的運動時間相等，木塊的水平位移與木塊做平拋運動的初速度成正比，實驗中不需要測出平臺的高度h； (3)設(shè)木塊做平拋運動的初速度為v，運動時間為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