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2019-2020年高考物理復(fù)習 實驗5 探究動能定理在（恒力做功與物體動能變化的關(guān)系）教案 （課程標準教科書物理必修2第16~18頁：探究功與物體速度的變化的關(guān)系） 圖1 如圖1， 物體沿斜面加速下滑，兩個圖象同時畫出，如圖2、圖3. 圖2 圖3 圖2表示物體的動能隨時間變化的規(guī)律，圖3表示物體的重力勢能隨時間變化的規(guī)律，也就是重力所做的功，因為物體在沿斜面下滑的過程中，只有重力做功（只受重力和支持力，二支持力不做功），所以重力做的功就是合力做的功，而重力勢能的變化等于重力做的功，所以重力勢能的變化等于合力做的功。 比較圖2和圖3，物體動能的增加等于重力勢能的減少，例如從0到1s, 動能的增加為(見圖2)，重力勢能的減少為,兩者相等。 所以，物體動能的增加等于合力做的功。 如圖4圖5、圖6。 圖4 圖5 從圖5可以根據(jù)算出合力做的功：。 圖6 從圖6可以看出物體動能的變化:. 合力做的功為等于物體動能的變化，誤差為。 位移隨時間變化的圖線如圖7， 圖7 動能隨時間變化的圖線如圖8， 圖8 以上兩個圖線非常相似。 因為時動能為0，所以任意時刻動能的值等于動能的變化值；而力與位移的積就是功，由于力是恒量，所以功的圖象應(yīng)與位移的圖象相似， 那么動能的變化的圖象就與功的圖象相似了。 利用數(shù)據(jù)顯示方法測出4組數(shù)據(jù)（顯示方法如圖9所示）：合力F，水平位移x, 速度v和動能EK, 然后輸入到Excel中，用公式(因為斜面的傾斜角為300)算出位移s,用公式算出功，然后畫出W-Ek圖象如圖10。 圖9 F x s W v Ek 13.8 0 0 0 0 0 13.8 0.0251 0.028983 0.399965 0.53 0.39 13.8 0.029 0.033486 0.462111 0.56 0.45 13.8 0.094 0.108542 1.497877 1.03 1.49 13.8 0.21 0.242487 3.346321 1.54 3.34 13.8 0.36 0.415692 5.73655 2.01 5.68 13.8 0.49 0.565803 7.808081 2.35 7.78 數(shù)據(jù)表 圖10 圖10中，紅的直線是動能Ek與功的關(guān)系，是直線，該直線的斜率為，近似為1，說明合力對物體做的功等于物體動能的變化，即動能定理。 例1、如圖所示，在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實驗中，下列說法正確的是（　　　?。? A．為減小實驗誤差，長木板應(yīng)水平放置 B．通過增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對小車做的功成整數(shù)倍增加 C．小車在橡皮筋拉作用下做勻加速直線運動，當橡皮筋拉恢復(fù)原長后小車做勻速運動 D．應(yīng)選擇紙帶上點距均勻的一段計算小車的速度 答案：BD 例2 xx高考安徽21.Ⅲ．（6分）探究力對原來靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實驗裝置如圖所師，實驗主要過程如下： （1）設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……； （2）分析打點計時器打出的紙帶，求 出小車的速度、、、……； （3）作出草圖； （4）分析圖像。如果圖像是一條直線，表明∝；如果不是直線，可考慮是否存在∝、∝、∝等關(guān)系。 以下關(guān)于該試驗的說法中有一項不正確，它是___________。 A．本實驗設(shè)法讓橡皮筋對小車做的功分別為W、2W、3W、……。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實驗中使橡皮筋拉伸的長度保持一致。當用1條橡皮筋進行是實驗時，橡皮筋對小車做的功為W，用2條、3條、……橡皮筋并在一起進行第2次、第3次、……實驗時，橡皮筋對小車做的功分別是2W、3W、……。 B．小車運動中會受到阻力，補償?shù)姆椒ǎ梢允鼓景暹m當傾斜。 C．某同學在一次實驗中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒有使木板傾斜或傾角太小。 D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點到最后一點的距離來進行計算。 答案：D。 解析：本實驗的目的是探究橡皮繩做的功與物體獲得速度的關(guān)系。這個速度是指橡皮繩做功完畢時的速度，而不整個過程的平均速度，所以D選項是錯誤的。 例3． 利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能原理” xx高考 廣東 15．（10分）某試驗小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動能原理”。如圖12，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長的細線將其通過一個定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B兩點各安裝一個速度傳感器， 記錄小車通過A、B時的速度大小、小車中可以放置砝碼。 （1）試驗主要步驟如下： ①測量 和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路； ②將小車停在C點， ，小車在細線拉動下運動，記錄細線拉力及小車通過A、B時的速度； ③在小車中增加砝碼，或 ，重復(fù)②的操作． （2）表1是他們測得的一組數(shù)據(jù)，期中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，是兩個速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計算出動能變化量△E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功。表格中的△E3= ，W3= ．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字） （3）根據(jù)表1，請在圖13中的方格紙上作出△E-W圖線． 圖13 答案：15．（1）①小車；②由靜止開始釋放小車； ③改變小車質(zhì)量. （2）0.600J，0.610J. （3）△E-W圖線如圖所示 例4. xx年廣東第16題： 探究“動能定理” 某實驗小組采用如圖所示的裝置探究“動能定理”，圖中小車中可放置砝碼，實驗中，小車碰到制動裝置時，鉤碼尚未到達地面，打點計時器工作頻率為50 Hz． ⑴實驗的部分步驟如下： ①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過打點計時器，連在小車后端，用細線連接小車和鉤碼； ②將小車停在打點計時器附近， ， ，小車拖動紙帶，打點計時器在紙帶上打下一列點， ； ③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作． ⑵圖1是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg，砝碼質(zhì)量為0.02 kg時得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點O及A、B、C、D和E五個計數(shù)點，可獲得各計數(shù)點到O的距離S及對應(yīng)時刻小車的瞬時速度v，請將C點的測量結(jié)果填在表1中的相應(yīng)位置． ⑶在小車的運動過程中，對于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)， ________做正功， 做負功． ⑷實驗小組根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出了圖2中的圖線（其中Δv2＝v2－v02），根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是 ．要驗證“動能定理”，還需要測量的物理量是摩擦力和 ． 0 2 4 6 8 10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 s/cm Δv2/(m2s－2) 表1紙帶的測量結(jié)果 測量點 S/cm r/(ms－1) 0 0.00 0.35 A 1.51 0.40 B 3.20 0.45 C ______ ______ D 7.15 0.54 E 9.41 0.60 解析: （1）②接通電源、釋放小車 斷開開關(guān) (2) 從尺上讀數(shù),C:6.06cm, 減去O點讀數(shù)1.00 cm ,得C點的S值5.06cm C點速度 鉤砝的重力做正功, 小車受摩擦阻力做負功 小車初末速度的平方差與位移成正比,即 要驗證“動能定理”，即還需要測量的物理量是摩擦力f和小車的質(zhì)量M. 答案：16．（1）②接通電源、釋放小車 斷開開關(guān) （2）5．06 0．49 （3）鉤砝的重力 小車受摩擦阻力 （4）小車初末速度的平方差與位移成正比 小車的質(zhì)量 例5①某同學探究恒力做功和物體動能變化間的關(guān)系，方案如圖所示.他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為減小這種做法帶來的誤差，實驗中要采取的兩項措施是： a b ②如圖所示是某次實驗中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T。距離如圖。則打B點時的速度為 ；要驗證合外力的功與動能變化間的關(guān)系，測得位移和速度后，還要測出的物理量有 A B C D E F △x1 △x2 △x3 △x4 △x5 答案：① a 平衡摩擦力 2分 b 鉤碼的重力遠小于小車的總重力 2分 （或者：鉤碼的質(zhì)量遠遠小于小車的質(zhì)量；答m鉤《M車 同樣給分） ② 2分 鉤碼的質(zhì)量m,小車的質(zhì)量M. 2分