必考点19 实验： 探究动能定理-【对点变式题】2021-2022学年高一物理下学期期中期末必考题精准练（人教版2019）

必考点19 探究动能定理 【解题技巧提炼】 实验方案一　借助恒力做功探究功与速度变化的关系 1．原理 由钩码通过滑轮牵引小车，当小车的质量比钩码质量大得多时，可以把钩码所受的重力当作小车受到的牵引力．如图所示． 改变钩码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． 2．实验过程 (1)按照原理图安装好实验器材． (2)平衡摩擦力：将安装有打点计时器的长木板的一端垫高，让纸带穿过打点计时器连在小车后端，不挂(填“不挂”或“挂上”)钩码，接通电源，轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出间隔均匀的点为止． (3)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． (4)将小车停在打点计时器附近，先接通电源，再释放小车，小车运动一段时间后，关闭打点计时器电源． (5)改变钩码的数量，更换纸带重复(4)的操作． 3．数据处理 (1)选取点迹清晰的纸带，选纸带上第一个点及距离第一个点较远的点，并依次标上0、1、2、3…. (2)测出0到点1、点2、点3…的距离，即对应的小车的位移x1、x2、x3…，利用公式vn＝，求出点1、点2、点3…对应的瞬时速度v1、v2、v3…. (3)确定此纸带所挂的钩码的重力G，利用Wn＝Gxn，分别求出小车的位移为x1、x2、x3…时牵引力所做的功W1、W2、W3…. (4)先对测量数据进行估计，或作W－v草图，大致判断两个量可能的关系，如果认为是W∝v2(或其他)，然后以W为纵坐标，v2(或其他)为横坐标作图，从而判定结论． 4．注意事项 (1)平衡摩擦力时，不挂钩码，轻推小车后，小车能做匀速直线运动． (2)为保证钩码的重力近似等于小车受到的牵引力，应使钩码的质量远小于小车的质量． (3)计算牵引力做功时，可以不必算出具体数值，只用位移的数据与符号G的乘积表示即可． 实验方案二　借助橡皮筋做功探究功与速度变化的关系 1．实验原理 (1)不直接测量对小车做的功，用改变橡皮筋的条数确定对小车做的功为W0、2W0、3W0… (2)作出W－v、W－v2图象，分析图象，寻求橡皮筋弹力对小车做的功与小车获得速度的关系． 2．实验过程 (1)按图组装好实验器材，由于小车在运动中会受到阻力，使木板适当倾斜来平衡摩擦力． (2)先用一条橡皮筋进行实验，把橡皮筋拉伸一定长度，理顺纸带，接通电源，放开小车． (3)换用纸带，改用2条、3条…同样的橡皮筋进行第2次、第3次…实验，每次实验中都要将小车从同一位置释放． (4)由纸带算出小车获得的速度，把第1次实验获得的速度记为v1，第2次、第3次…记为v2、v3…. 3．数据处理 (1)测量小车的速度：为探究橡皮筋弹力做功和小车速度变化的关系，需要测量弹力做功结束时小车的速度，即小车做匀速运动的速度，由打点计时器所打的纸带可求得． (2)实验数据处理及分析 ①当橡皮筋的条数成倍增加，即合外力做的功成倍增加时，观察小车的速度或速度的平方如何变化，有何变化规律． ②在坐标纸上画出W－v或W－v2图线(“W”以一条橡皮筋做的功为单位)． (3)实验结论：从图象可知做功与物体速度变化的关系为W∝v2. 4．注意事项 (1)为了使橡皮筋对小车的拉力等于其合力，首先应平衡摩擦力． (2)测小车速度时，纸带上的点应选点迹均匀的部分，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． 题型一 教材原型实验 例题1 (2020·浙江宁波市高二月考)某实验小组用如图所示的实验装置和实验器材做“探究动能定理”的实验，在实验中，该小组同学把沙和沙桶的总重力当作小车受到的合外力． (1)为了保证实验结果的误差尽量小，在实验操作中，下列做法必要的是________． A．实验前要对装置进行平衡摩擦力的操作 B．实验操作时要先释放小车，后接通电源 C．在利用纸带进行数据处理时，所选的两个研究点离得越近越好 D．在实验过程中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 (2)除实验装置中的仪器外，还需要的测量仪器有________、________. (3)如图为实验中打出的一条纸带，现选取纸带中的A、B两点来探究功与速度变化的关系．已知打点计时器的打点周期为T，重力加速度为g.图中已经标明了要测量的物理量，另外，小车的质量为M，沙和沙桶的总质量为m.请你把要探究的结果用题中给出的字母表达出来： ________________________________________________________________________. 【答案】(1)AD　(2)天平　刻度尺　(3)mgx＝ 【解析】