全国高考物理人教新版实验专题探究动能定理讲义教师版文档格式.docx

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3．第一次先用一条橡皮筋做实验，用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1，设此时橡皮筋弹力对小车做功为W，并将得到的数据记入表格．

4．换用2条、3条、4条……同样的橡皮筋做实验，并使橡皮筋拉伸的长度都和第一次相同，测出速度为v2，v3，v4，…，橡皮筋对小车做功分别为2W，3W，4W，…，将数据记入表格．

5．分析数据，尝试做W-v、W-v2等图象，探究W，v的关系．

五、注意事项

1．平衡摩擦力的方法：

将木板一端垫高，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做匀速运动，找到木板的一个合适的倾角．

2．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的．

3．橡皮筋应选规格一样的，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．

4．每次释放小车时，都要让它从同一位置由静止开始运动．

5．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．

6．使小车挂住橡皮筋的中点，放正小车，使小车沿木板的中间线运动.

六、数据处理

1．速度数值的获得：

实验获得的是如图所示的纸带，为探究橡皮筋弹力做功与小车速度的关系，需要测量的是弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度．所以，应该在纸带上测量的物理量是图中A1、A3间的距离x，小车此时速度的表达式为v＝

，其中T是打点计时器的打点周期．即选择相邻距离基本相同的若干点A1，A2，A3，…来计算小车匀速运动时的速度．

2．计算小车做的功分别为W，2W，3W，…时对应的v，v2，v3，

的数值，填入表格．

3．逐一与W的一组数值对照，判断W与v，v2，v3，

的可能关系或尝试着分别画出W与v，W与v2，W与v3，W与

间关系的图象，找出哪一组的图象是直线，从而确定功与速度的正确关系．

七、误差分析

1．橡皮筋长短、粗细不一造成误差；

2．纸带上“点”间距离测量不准，造成误差；

3．未平衡摩擦力、没有完全平衡摩擦力或过度平衡摩擦力造成误差；

例题精讲

例1.

（2021∙天津一模）同学们分别利用图甲、乙所示的两种装置采用不同方法探究“合外力做功与动能改变量的关系”。

其中小车A与纸带和打点计时器B相连，托盘C内装有砝码；

D为无线测力传感器，可直接测量绳子给小车的拉力。

①下列说法正确的是____

A．两种方案都需要将导轨的右端垫高以平衡摩擦力

B．两种方案都需要测量并记录小车的质量

C．两种方案都需要测量并记录托盘及托盘中砝码的总质量

D．两种方案都要求托盘及盘中砝码总质量远小于小车A的质量

②若采用方案2进行实验，图丙是实验时打下的纸带，其中O点是小车由静止释放瞬间打点计时器打下的第一个点，打点周期为T，相邻两点间还有四个点没画出，则打下C点时小车的速度大小为vc=________

③采用方案2进行实验时，用天平测得小车的质量为M，传感器D测量得到绳子拉力为F，研究小车从开始运动到打下C点的过程，则根据动能定理，应验证的表达式为（用题目中已知物理量的符号表示）________________

④若采用方案1进行实验，并将砝码盘和砝码总重力mg当作绳子拉力，多次实验发现拉力做功总是比小车动能增加量要____一些（填“偏大”或“偏小）。

【答案】

①AB，②

，③

，④偏大。

【解析】

题干解析:

①A、为使小车受到的合力等于绳子拉力，两种方案都需要将导轨的右端垫高以平衡摩擦力，故A正确；

B、实验需要求出小车动能的增加量，两种方案都需要测量并记录小车的质量，故B正确；

C、图乙所示实验方案中，小车所受拉力可以用测量传感器测出，该实验方案不需要测出托盘及托盘中砝码的总质量，故C错误；

D、图乙所示实验方案中，小车所受拉力可以用测量传感器测出，该方案不需要满足：

托盘及盘中砝码总质量远小于小车A的质量，故D错误；

②由题意可知，计数点间有4个点没有标出，则计数点间的时间间隔：

t=5T打C点时的速度：

vC

。

③从释放小车到打C点过程，由动能定理得：

Fs3

0，即

④实验过程，钩码与小车一起做加速运动，细绳对小车的拉力小于钩码的重力，因此拉力做功总是比小车动能增加量要偏大一些。

例2.

（2021∙杭州一模）在做“探究做功与物体速度变化关系”的实验中，小周同学采用了如图1所示的装置。

①如图2所示，在提供的橡皮筋中，你认为最不宜使用的一根橡皮筋是___（填字母）；

②经过其它步骤的正确操作之后，该同学得到了如图3所示的-W关系图，为进一步认清功与速度的关系，你认

为下一步应该作出v与W的何种关系图___（填字母）

A．

W

B．v

C．v-W2

D．v-W3

①E②B

①每次分别用1根、2根、3根……橡皮筋在同一位置拉小车，每次拉小车时对小车做功刚好是橡皮筋根数的整数倍，那么每根橡皮筋应是相同的，所以E不符合要求。

②由我们已知的动能定理有：

0，所以作出v2-W图象，正确答案

例3.

（2021∙广东模拟）气垫导轨是研究与运动有关的实验的装置，也可以用来研究功能关系。

如图甲所示，在气垫导轨的左端固定一轻质弹簧，轨道上有一滑块A紧靠弹簧但不连接，已知滑块的质量为m。

（1）用游标卡尺测出滑块A上的挡光片的宽度，读数如图乙所示，则宽度d=_______cm；

（2）利用该装置探究弹簧对物块做功的大小：

某同学打开气源，调节装置，使滑块可以静止悬浮在导轨上，然后用力将滑块A压紧到P点，释放后，滑块A上的挡光片通过光电门的时间为△t，则弹簧对滑块所做功为__________（用题中所给字母表示）；

（3）利用该装置测量滑块与导轨间的动摩擦因数：

关闭气源，仍将滑块A由P点释放，当光电门到P点的距离为x时，测出滑块A上的挡光片通过光电门的时间为t，移动光电门，测出多组数据（滑块都能通过光电门），并绘出x

图象，如图丙所示，已知该图线的斜率的绝对值为k，则可算出滑块与导轨间的动摩擦因数为_________。

（1）0.510；

（2）

；

（3）

（1）主尺读数为：

5mm；

游标尺分度为0.05mm，第2个刻度对齐，故游标尺读数为：

0.05×

2mm=0.10mm，故宽度为：

d=5+0.10=5.10mm=0.510cm。

（2）滑块通过光电门已经是匀速运动了，其平均速度为：

，瞬时速度等于平均速度，故瞬时速度为：

，此时滑块动能全部由弹簧弹性势能转化而来，故弹簧弹性势能为：

（3）每次都有P释放，则每次弹簧弹性势能都相同，由能量转化和守恒可得：

①解得：

②由于

，故

，带入可得：

例4.

（2021∙抚州模拟）某同学验证动能定理的实验装置如图1所示。

水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨；

导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一易拉罐相连，易拉罐和里面的细沙总质量为m；

遮光片两条长边与导轨垂直；

导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间为t，d表示遮光片的宽度，L表示A、B两点间的距离。

滑块与导轨间没有摩擦，用g表示重力加速度。

①该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度，如图2所示，遮光片的宽度d=______cm。

②该同学首先调整导轨倾角，易拉罐内盛上适量细沙，用轻绳通过滑轮连接在滑块上。

让滑块恰好在A点静止。

剪断细绳后，滑块开始加速下滑，则其受到的合外力为____。

（用题目中所给的物理量符号表示）

③为验证从A→B过程中小车合外力做功与动能滑块变化的关系，需要验证的关系式为________________________（用题目中所给的物理量符号表示）。

①1.14；

②mg；

③

①游标卡尺的主尺读数为：

1.1cm，游标尺上第4个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标读数为4×

0.1mm=0.4mm=0.04cm，所以最终读数为：

1.1cm+0.04cm=1.14cm；

②小车匀速下滑时受到重力、支持力、摩擦力和拉力，合力为零；

撤去拉力后，其余力不变，故合力等于撤去的拉力，故其合力大小为mg。

③小车获得的速度为：

合外力做功为：

W=mgL，根据功能关系可知需要验证的表达式为：

例5.

（2021∙永定区校级二模）某学习小组用如图1所示的实验装置探究做功与动能变化的关系。

在水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一沙桶相连，沙桶和里面的细沙总质量为m；

导轨上B处有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间为t，d表示遮光片的宽度，L表示遮光片右侧初位置至光电门之间的距离，用g表示重力加速度。

（1）该同学首先用游标卡尺测量了遮光片的宽度，如图2所示，遮光片宽度的测量值d=_______cm；

（2）让沙桶内盛上适量细沙，测出沙桶和细沙的总质量m，调整导轨倾角，让滑块恰好在A处静止。

剪断细绳后，滑块开始加速下滑，记录遮光片通过光电门的时间t；

保持滑块的质量M和遮光片右侧初位置至光电门之间的距离L不变，改变沙桶内细沙的质量和导轨倾角，重复以上步骤，通过每次实验记录的m和t，描点作出了一个线性关系的图象，从而更直观地研究滑块动能变化与合外力对它所做功的关系，处理数据时应作出的图象是___（请填写选项前对应的字母）。

A．t-m图象

B．t2-m图象

C．t2

图象

D．

m2图象

（3）为了减小上述实验中的误差，下列实验要求中不必要的一项是___（请填写选项前对应的字母）

A．应使沙桶和细沙的总质量m远小于滑块和遮光片的总质量M

B．应使A位置与光电门间的距离适当大些

C．遮光片的宽度要适当小些

D．应使细线与气垫导轨平行

（1）0.235；

（2）C；

（3）A

（1）[1]由游标卡尺测量出遮光片的宽度为：

d=2mm+7

2.35mm=0.235cm。

（2）[2]测出沙桶和细沙的总质量m，调整气垫导轨倾角，让滑块恰好在A处静止，则有：

Mgsinθ=mg剪断细绳后，滑块开始加速下滑，滑块所受合力为：

F=Mgsinθ=mg滑块沿气垫导轨滑行L，合外力对它所做功为：

W=FL=mgL滑块过光电门的速度为：

v

滑块沿气垫导轨滑行L过程，滑块动能变化量为：

若合外力对它所做功等于滑块动能的变化，则有：

mgL

整理得：

t2

为得到线性关系图象，则应作

图象A．t-m图象，与分析不符，故A项不符合题意；

B．t2-m图象，与分析不符，故B项不符合题意；

C．

图象，与分析相符，故C项符合题意；

图象，与分析不符，故D项不符合题意。

（3）[3]A．据

（2）分析知，滑块下滑过程中合力等于沙桶和细沙的总重力，故A项不必要，即A项符合题意；

B．应使A位置与光电门间的距离适当大些，减小测量L的相对误差。

故B项必要，即B项不符合题意；

C．滑块过光电门的速度是用遮光片通过光电门的平均速度替代，则遮光片的宽度要适当小些，以减小速度测量的误差。

故C项必要，即C项不符合题意；

D．细线与气垫导轨平行时，细线断后，滑块受到的合力才等于细线未断时细线中的拉力。

故D项必要，即D项不符合题意。

例6.

（2021∙云浮校级模拟）某探究学习小组的同学欲“探究合力做功与动能变化的关系”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，另外他们还找到了打点计时器所用的学生电源、导线、复写纸、纸带、滑块、细砂。

当滑块连接上纸带，用细线通过滑轮挂上空的小砂桶时，释放小柄，滑块处于静止状态，重力加速度大小为g。

若你是小组中的一位成员，要完成该项实验，则：

（1）你认为还需要的实验器材有____、_____。

（2）实验时，_____（填“需要”或“不需要”）满足“砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量”，实验时首先要做的步骤是_______。

（3）在

（2）的基础上，某同学测量出滑块的质量为M．往砂桶中装入适量的细砂，测得此时砂和砂桶的总质量为m。

让砂桶带动滑块加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点。

测出这两点的间距L和这两点的速度大小v1与v2（v1<

v2）。

则本实验最终要验证的数学表达式为_______________。

（用题中的字母表示）

（1）天平刻度尺

（2）不需要平衡摩擦力（3）mgL

（1）实验要验证动能增加量和总功是否相等，故需要求出总功和动能，功与位移有关系，而动能与质量有关，故还要天平和刻度尺；

（2）对沙桶和滑块这个系统，沙桶重力所做的功，等于系统动能的增量，滑必要测出细线的拉力，也不必满足“砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量”；

本实验首先要做的是平衡摩擦力，即垫高左端，让滑块不挂沙桶时能在长木板上做匀速直线运动；

（3）由动能定理得，要探究滑块与沙及沙桶组成的系统动能的增量与合力做功的关系，则最终需验证的数学表达式为：

当堂练习