【物理】2018届一轮复习人教版 探究动能定理 学案 4页

专题24 探究动能定理 ‎1.通过实验探究力对物体做的功与物体速度变化的关系.‎ ‎2.体会探究过程和所使用的方法．‎ 基本实验要求 ‎1．实验目的 探究功与物体速度变化的关系．‎ ‎2．实验原理 ‎(1)一根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功为W.‎ ‎(2)两根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为2W.‎ ‎(3)三根橡皮筋作用在小车上移动距离s——做功应为3W.‎ ‎(4)利用打点计时器求出小车离开橡皮筋的速度，列表、作图，即可求出v－W关系．‎ ‎3．实验器材 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等．‎ ‎4．实验步骤 ‎(1)用一条橡皮筋拉小车——做功W.‎ ‎(2)用两条橡皮筋拉小车——做功2W.‎ ‎(3)用三条橡皮筋拉小车——做功3W.‎ ‎(4)测出每次小车获得的速度．‎ ‎(5)分别用各次实验测得的v和W绘出W－v、W－v2，W－v3、W－关系图．‎ ‎5．实验结论 找出v与W间的关系W＝mv2.‎ 规律方法总结 ‎1．实验注意事项 ‎(1)将木板一端垫高，使小车的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做匀速运动，找到长木板的一个合适的倾角．‎ ‎(2)测小车速度时，应选纸带上的点均匀的部分，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)小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．‎ ‎2．实验探究的技巧与方法 ‎(1)不直接计算W和v的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的W和v是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理．‎ ‎(2)用W－v2图象处理实验数据，这比W－v图象更加直观、明了．‎ ‎★典型案例★如图所示的装置，可用于探究恒力做功与速度变化的关系。水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和档光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘，实验首先保持轨道水平，通过调整砝码盘里砝码的质量让小车做匀速运动以实现平衡摩擦力，再进行后面的操作，并在实验中获得以下测量数据：小车、力传感器和档光板的总质量M，平衡摩擦力时砝码和砝码盘的总质量，档光板的宽度d，光电门1和2的中心距离s。‎ ‎（1）实验需用20分度的游标卡尺测量档光板的宽度d，如图所示， 。‎ ‎（2）某次实验过程：力传感器的读数为F，小车通过光电门1和2的挡光时间分别为、（小车通过广电门2后，砝码盘才落地），砝码盘和砝码的总质量为m，已知重力加速度为，则对该小车，实验要验证的表达式是 。‎ ‎【答案】（1）；（2）‎ ‎【解析】（1）游标卡尺的主尺读数为，游标读数等于，‎ 所以最终读数为：。‎ ‎【名师点睛】了解光电门测量瞬时速度的原理，实验中我们要清楚研究对象和研究过程，对于系统我们要考虑全面，同时明确实验原理是解答实验问题的前提。‎ ‎★针对练习1★某同学利用如图所示的装置探究功与速度变化的关系。‎ ‎（ⅰ）小物块在橡皮筋的作用下弹出，沿水平桌面滑行，之后平抛落至水平地面上，落点记为M1；‎ ‎（ⅱ）在钉子上分别套上2条、3条、4条……‎ 同样的橡皮筋，使每次橡皮筋拉伸的长度都保持一致，重复步骤（ⅰ），小物块落点分别记为M2、M3、M4……；‎ ‎（ⅲ）测量相关数据，进行数据处理。‎ ‎（1）为求出小物块抛出时的动能，需要测量下列物理量中的 （填正确答案标号）。‎ A．小物块的质量m B．橡皮筋的原长x C．橡皮筋的伸长量Δx D．桌面到地面的高度h E．小物块抛出点到落地点的水平距离L ‎（2）将几次实验中橡皮筋对小物块做功分别记为W1、W2、W3、……，小物块抛出点到落地点的水平距离分别记为L1、L2、L3、……。若功与速度的平方成正比，则应以W为纵坐标、 为横坐标作图，才能得到一条直线。‎ ‎（3）由于小物块与桌面之间的摩擦不能忽略，则由此引起的误差属于 （填“偶然误差”或“系统误差”）。‎ ‎【答案】（1）ADE（2）L2（3）系统误差 ‎【解析】（1）小物块沿桌面滑行，橡皮筋的弹力做功，弹性势能转化为物块的动能，在现有条件下弹性势能无法计算，故以物块在桌面上滑行为研究对象无法计算小物块抛出时的动能。小物块抛出后做平抛运动，有和，可得小物块抛出时的速度，动能，可知欲求出小物块抛出时的动能，需要测量m、h、L，故A、B、C正确，D、E错误。‎ ‎★针对练习2★某学习小组用图甲所示的实验装置探究“动能定理”。他们在气垫导轨上安装了一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。‎ 力传感器 光电门 滑块 遮光条 B A ‎1‎ ‎0‎ ‎2‎ ‎0‎ ‎5‎ ‎10‎ ‎15‎ ‎20‎ cm 图甲 图乙 ‎（1）某同学用游标卡尺测量遮光条的宽度d，如图乙所示，则d= mm。‎ ‎（2）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．应使滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B．应使A位置与光电门间的距离适当大些 C．应将气垫导轨调至水平 D．应使细线与气垫导轨平行 ‎（3）实验时保持滑块的质量M和A、B间的距离L不变，改变钩码质量m，测出对应的力传感器的示数F和遮光条通过光电门的时间t，通过描点作出线性图象，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. 作出“图象” B．作出“图象”‎ C. 作出“图象” D. 作出“图象”‎ ‎【答案】(1)‎2.30mm (2)A （3）C ‎【解析】（1）由图知第5条刻度线与主尺对齐，d=‎2mm+6×‎0.05mm=‎2.30mm；‎ ‎（2）拉力是直接通过传感器测量的，故与小车质量和钩码质量大小关系无关，故A不必要；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B是必要的；应将气垫导轨调节水平，保持拉线方向与木板平面平行，这样拉力才等于合力，故CD是必要的；本题选不必要的，故选A．‎ ‎（3）根据牛顿第二定律得，那么解得：‎ 所以研究滑块的加速度与力的关系，处理数据时应作出图象或作出图象，故C正确．故选C