实验5　探究动能定理-备战2022年高考物理实验复习全能突破

实验5　探究动能定理 知识体系·思维导图 考点整合·素养提升 主题1 注意事项 1.平衡摩擦力很关键,将木板一端垫高,使小车的重力沿木板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,找到一个合适的倾角。 2.小车的质量应大一些,使纸带上打的点多一些。 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.开始实验时,小车应靠近打点计时器,并且要先接通电源再释放小车。 主题2 数据处理 1.选点测速:如图,选取纸带上点迹均匀的部分,根据v=测算出橡皮筋的弹力做功结束时小车的速度,与对应条数橡皮筋做的功记录在设计的表格中,并计算出v2、v3等的值。 2.分析数据,得出结论 根据数据分别作出W-v、W-v2、W-v3等图像。其中W-v2图像如下: 实验结论:W-v2图像为一条过原点的直线,可判断W∝v2。 主题3 误差分析 1.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。应选用规格相同的橡皮筋。 2.没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大带来误差。应平衡摩擦力适当。 3.利用打点的纸带计算小车的速度时,测量不准带来误差。应多次测量x,求平均值。 知识训练·能力提升 能力点一　实验原理及操作 1.本实验中对小车做的功应该为合力做的功,实验中采用将木板倾斜的方法,使重力对小车做的功抵消摩擦力对小车做的功,则橡皮筋对小车的拉力做的功即合力对小车做的功。 2.判断摩擦力是否被平衡的方法是轻推小车,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。 3.本实验的关键是要分析清楚小车的运动,小车先加速后匀速,小车在橡皮筋拉力的作用下做加速运动,拉力的功是变力功,无法计算,所以实验中通过改变橡皮筋的条数来改变拉力对小车做功的大小。 【典例1】(2020年全国卷Ⅲ,T22)某同学利用图1所示装置验证动能定理。调整木板的倾角平衡摩擦阻力后,挂上钩码,钩码下落,带动小车运动并打出纸带。某次实验得到的纸带及相关数据如图2所示。 图1 图2 　　已知打出图2中相邻两点的时间间隔为0.02 s,从图2给出的数据中可以得到,打出B点时小车的速度大小vB=　　　　m/s,打出P点时小车的速度大小vP=　　　　m/s。(结果均保留2位小数)  若要验证动能定理,除了需测量钩码的质量和小车的质量外,还需要从图2给出的数据中求得的物理量为　　　　　　　　　　　　。  【答案】0.36　1.80　B、P之间的距离 【解析】打出B点时小车的速度大小vB=×10-2 m/s=0.36 m/s,同理可知,打出P点时小车的速度大小vP= m/s=1.80 m/s;为验证动能定理(M+m)-(M+m)=mghBP,还需要求出B、P两点之间的距离。 【变式1】(2020年浙江高考模拟)如图1所示,在“探究功与速度变化的关系”的实验中,主要过程如下: A.设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W…… B.分析纸带,求出橡皮筋做功使小车获得的速度v1、v2、v3…… C.作出W-v图像; D.分析W-v图像。如果W-v图像是一条直线,表明W∝v;如果不是直线,可考虑是否存在W∝v2、W∝v3、W∝等关系。 (1)实验中得到的一条如图2所示的纸带,求小车获得的速度应选　　　　(选填“AB”或“CD”)段来计算。  (2)关于该实验,下列说法正确的有　　　　。  A.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加 B.通过改变小车质量可以改变橡皮筋对小车做的功 C.每次实验中,橡皮筋拉伸的长度必须保持一致 D.先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出 (3)在该实验中,打点计时器正常工作,纸带足够长,点迹清晰的纸带上并没有出现一段等间距的点,造成这种情况的原因可能是　　　　　　　　。(写出一条即可)  【答案】(1)CD　(2)ACD　(3)没有平衡摩擦力(或木板的倾角过大或过小) 【解析】(1)由图2知,在AB段,由于相邻计数点间的距离不断增大,所以小车做加速运动;在CD段相邻计数点的间距相等,说明小车做匀速运动。小车离开橡皮筋后做匀速运动,应选用CD段纸带来计算小车获得的速度v。 (2)该实验中利用相同橡皮筋形变量相等时,对小车做功相同,通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加,故A项正确,B项错误;为保证每根橡皮筋对小车做功一样多,每次实验中,橡皮筋拉伸的长度必须保持一致,故C项正确;为有效利用纸带,总是先接通电源后释放纸带,故D项正确。 (3)在该实验中,打点计时器正常工作,纸带足够长,点迹清晰的纸带上并没有出现一段等间距的点,造成这种情况的原因可能是没有平衡摩擦力,或木板的倾角过大或过小。 能力点二 数据处理与误差