高考物理总复习 第五章 机械能 实验五 探究动能定理学案-人教版高三全册物理学案.doc

实验五探究动能定理

误差分析
1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。
2.没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。
3.利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。
注意事项
1.平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦阻力平衡。方法是轻推小车，由打点计时器打在纸带上的点的均匀程度判断小车是否匀速运动，找到木板一个合适的倾角。
2.选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的点。
3.橡皮筋的选择：橡皮筋规格相同时，力对小车做的功以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值。

热点一教材原型实验
【例1】(2017·温州模拟)如图1所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W。当用2条、3条……橡皮筋重复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W…

(1)图1中电火花计时器的工作电压是________V的交流电。
(2)实验室提供的器材如下：长木板、小车、橡皮筋、电火花计时器、纸带、电源等，还缺少的测量工具是________。
(3)图1中小车上有一固定小立柱，如图2中给出了4种橡皮筋与小立柱的套接方式，为减小实验误差，你认为最合理的套接方式是________。
(4)在正确操作的情况下，某次实验所打的纸带如图3所示。打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量(根据纸带中字母回答)，小车获得的速度是________m/s。(结果保留2位有效数字)

图3
解析(1)电火花计时器的工作电压是220V的交流电。
(2)处理实验数据时需要测量两计数点间的距离，因此还需要的器材是刻度尺。
(3)橡皮筋最合理的套接方式是A，以A的方式套接释放小车后，橡皮筋不会影响小车的运动。
(4)由图3的纸带可知，GJ部分每两点间的距离相等，小车做匀速直线运动，因此应选用纸带的GJ部分；小车获得的速度v＝eq\f(x,t)＝eq\f(0.0130,0.02)m/s＝0.65m/s。
答案(1)220(2)刻度尺(3)A(4)GJ0.65
【变式训练1】(2017·廊坊模拟)某同学做探究合力做的功和物体速度变化的关系的实验装置如图4甲所示，小车在橡皮筋的作用下弹出，沿木板滑行。用1条橡皮筋时对小车做的功记为W，当用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致。实验中小车获得的速度由打点计时器所打的纸带求出。

图4
(1)木板水平放置，小车在橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是________。
A.橡皮筋仍处于伸长状态
B.橡皮筋恰好恢复原长
C.小车紧靠着打点计时器
D.小车已超过两个铁钉的连线
(2)如图乙所示是某次操作正确的情况下，在频率为50Hz的电源下打点计时器记录的一条纸带，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________(选填“A～F”或“F～I”)部分进行测量，速度大小为________m/s。
(3)通过该实验的正确操作和正确处理数据，应该得出合力做的功W和物体速度v变化的关系是________(用本问中的字母表达)。
解析(1)平衡摩擦力后，橡皮筋的拉力等于小车受到的合力，橡皮筋做功完毕，小车的速度最大。若不进行平衡摩擦力操作，则当橡皮筋的拉力等于摩擦力时，速度最大，本题中木板水平放置，显然没有进行平衡摩擦力的操作，因此当小车的速度最大时，橡皮筋仍处于伸长状态，故选项B、C、D错误，A正确。
(2)小车在橡皮筋的作用下先做加速运动，橡皮筋做功完毕，则速度达到最大，此后做匀速运动，因此匀速时的速度，即为该过程中的最大速度，故为了测量小车获得的速度，应选用纸带点距均匀的部分进行测量，即F～I，所以速度为v＝eq\f(0.0152,0.02)m/s＝0.76m/s。
(3)所以W与v2成正比，即W∝v2。
答案(1)A(2)F～I0.76(3)W∝v2
热点二实验拓展创新
1.装置时代化

2.求解智能化
(1)摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力→自由下落阻力减少→气垫导轨减少摩擦力。
(2)速度的测量方法：匀速运动速度→测量纸带上各点速度→光电门v＝eq\f(d,Δt)→速度传感器直接显示速度大小。
【例2】(2017·北京理综，21)如图5所示，用质量为m的重物通过滑轮牵引小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的运动情况。利用该装置可以完成“探究动能定理”的实验。