人教2023年高考物理一轮复习(全国版) 第6章 实验5　探究动能定理.docx

实验五　探究动能定理
目标要求　1.探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.2.通过实验数据分析，总结出外力对物体做的功与物体速度的二次方成正比关系．
实验技能储备
1．实验器材
打点计时器、交流电源、长木板、小车、纸带、橡皮筋(重物、细绳)、垫块、毫米刻度尺．
2．实验方案
方案一
方案二
实验装置
由橡皮筋提供牵引力
由重物提供牵引力
实验原理
1.改变功的大小：采用如图所示的实验装置，用1条、2条、3条、…规格同样的橡皮筋将小车拉到同一位置由静止释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为W、2W、3W、…
利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，由图象可以确定功与速度变化的关系.
重物通过牵引小车，当小车的质量比重物的质量大得多且摩擦力忽略不计时，可以把重物所受的重力当作小车受到的牵引力．
改变重物的质量或者改变小车运动的距离，也就改变了牵引力做的功，从而探究牵引力做的功与小车获得的速度间的关系．
实验步骤
(1)垫高木板的一端，平衡摩擦力．
(2)拉伸的橡皮筋对小车做功：
①用一条橡皮筋拉小车——做功为W
②用两条橡皮筋拉小车——做功为2W
(3)用3条、4条、…橡皮筋做实验，用同样的方法测出功和速度，记入表格.
(1)垫高木板不带滑轮的一端，平衡摩擦力．
(2)在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线绕过滑轮连接小车和钩码．
(3)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，关闭打点计时
器电源．
(4)改变钩码的数量，更换纸带重复进行操作．
数据处理
分别用各次实验测得的v和W绘制W－v或W－v2、W－v3……图象，直到明确得出W和v的关系.
(1)小车受到的合外力F：大小近似等于所挂钩码的重力mg，故用天平测出钩码的质量m，可得F≈mg.
(2)通过纸带测小车的位移l.
(3)求出合力对小车做的功W＝Fl＝mgl
(4)分别用各次实验测得的v和W绘制W－v或W－v2、W－v3……图象，直到明确得出W和v的关系．
注意事项
(1)将木板一端垫高，使小车的重力沿木板向下的分力与摩擦力平衡．
(2)测小车速度时，应选纸带上点迹均匀的部分，也就是选小车做匀速运动的部分．
(3)橡皮筋应选规格相同的，力对小车做的功以及一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值．
(4)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些.
(1)实验前必须首先平衡摩擦力．
(2)必须保证所悬挂钩码的重力远小于小车的重力，这时钩码的重力才近似等于小车所受的合外力.
考点一　教材原型实验
考向1　由橡皮筋提供牵引力
例1　某实验小组采用如图甲所示的装置探究功与速度变化的关系．小车在橡皮筋的作用下弹出后，沿木板滑行，打点计时器工作频率为50 Hz.
(1)为了消除小车运动过程中所受摩擦力的影响，调整时应将木板________(选填“左”或“右”)端适当垫高以平衡摩擦力．
(2)实验中，某同学打出的一段纸带如图乙所示，相邻两计时点间距离依次为＝3.50 cm、＝3.80 cm、＝＝＝＝＝4.00 cm，则匀速运动的速度v＝____ m/s.
(3)根据多次测量的数据，画出橡皮筋对小车做功W与小车匀速运动的速度v的关系如图丙所示，根据图线形状猜想，W与v的关系可能为________．
A．W∝ B．W∝v－1
C．W∝v2 D．W∝v3
(4)改变橡皮筋的条数，若实验中的所有操作和数据处理均无错误，则绘出的图线(图中Δv2＝v2－0，将一根橡皮筋对小车做的功记为W0)应为过原点的一条直线，但根据实验结果得到的图线如图丁所示，造成这一偏差的原因是____________________________________．
答案　(1)左　(2)2　(3)CD　(4)平衡摩擦力过度
解析　(1)小车向右边弹出，平衡摩擦力时应该将木板左端垫高．
(2)由题目给的数据可知小车从C点到H点做匀速运动，则v＝＝2 m/s.
(3)题图丙中图线的形状与函数y＝xn(n＝2,3,4，…)的图象吻合，故选项C、D正确．
(4)从图象截距可看出橡皮筋的弹力不做功时，小车仍然会有速度，这表明平衡摩擦力过度．
考向2　由重物提供牵引力
例2　(2019·江苏卷·10)某兴趣小组用如图所示的装置验证动能定理．
(1)有两种工作频率均为50 Hz的打点计时器供实验选用：
A．电磁打点计时器 B．电火花打点计时器
为使纸带在运动时受到的阻力较小，应选择________(选填“A”或“B”)．
(2)保持长木板水平，将纸带固定在小车后端，纸带穿过打点计时器的限位孔．实验中，为消