专题实验5　探究动能定理-备战2023年高考物理实验专题突破

备战2023年高考物理实验专题突破 实验05 探究动能定理 思维突破 基本突破 1．实验目的 探究功与物体速度变化的关系． 2．实验原理(如图所示) (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时的速度，列表、作图，由图像可以确定功与速度变化的关系． 3．实验器材 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉、刻度尺等． 4．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. (3)测出每次做功后小车获得的速度． (4)分别用各次实验测得的v和W绘制W－v或W－v2、W－v3、……图像，直到明确得出W和v的关系． 5．实验结论 物体速度v与外力做功W间的关系W＝mv2. 原型突破 重点讲析 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直线运动，找到长木板的一个合适的倾角． (2)测小车速度时，应选纸带上的点迹均匀的部分，也就是选小车做匀速直线运动的部分． (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的数值，而只是看第2次、第3次……实验中的W是第1次的多少倍，简化数据的测量和处理． (2)作W－v图像，或W－v2、W－v3图像，直到作出的图像是一条倾斜的直线． 【例1】某实验小组采用如图甲所示的实验装置来探究功与速度变化的关系． 甲 乙 (1)下列关于该实验的说法正确的是______． A．长木板上有打点计时器的一端要适当垫高，以平衡小车运动过程中受到的摩擦力 B．实验时必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体值 C．实验中，橡皮筋拉伸的长度没有必要完全相同 D．应先接通电源，再让小车在橡皮筋的作用下弹出 (2)在正确操作的情况下，该小组某次所打的纸带如图乙所示．为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带上的________段进行测量(填“AB”、“BC”或“AC”)；若使用的交流电的频率为50 Hz，则小车最终获得的速度是________m/s. 【答案】(1)AD　(2)BC　0.65 【解析】(1)实验时，由于小车与木板间有摩擦，需将长木板上有打点计时器的一端适当垫高，平衡摩擦力，故A正确；橡皮筋对小车做的功无法直接测量，所以是通过改变橡皮筋的条数的方法来改变功，为了让橡皮筋的功能有倍数关系就要求将橡皮筋拉到同一位置处，故B、C错误；实验时先接通电源，再释放小车，故D正确； (2)为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，要测量最大速度，应该选用点迹均匀的部分，即BC段，小车的最终速度v＝＝ m/s＝0.65 m/s. 创新突破 重点讲析 1．装置时代化 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 2．求解智能化 (1)摩擦阻力问题：靠小车重力的下滑分力平衡摩擦力→自由下落阻力减少→气垫导轨减少摩擦力． (2)速度的测量方法：匀速运动速度→测量纸带上各点速度→光电门v＝→速度传感器直接显示速度大小． 创新点1　实验装置的创新——利用重物牵引小车 【例2】　某同学用如图所示装置测量小木块与接触面间的动摩擦因数，小木块放在粗糙的水平桌面上，右侧拴有一细线，跨过固定在桌面边缘的滑轮与重物连接；实验时，小木块在重物牵引下向右运动，重物落地后，小木块继续向右滑，在运动过程中小木块始终碰不到滑轮．已知小木块的质量为M，重物的质量为m，回答下列问题： (1)本实验还需直接测量的物理量有______． A．重物距地面的高度h B．小木块在桌面上滑行的总距离s C．重物下落的时间t (2)利用上述测量的物理量，写出测量的动摩擦因数的表达式μ＝________________. (3)小木块运动过程中，由于滑轮与轴间摩擦及细线和滑轮的质量的影响，将导致测量的动摩擦因数与实际动摩擦因数相比，其值将________(填“偏大”“相等”或“偏小”)． 【答案】(1)AB　(2)　(3)偏大 【解析】(1)(2)设重物距地面的高度为h，小木块在桌面上滑行的总距离为s，且已知小木块的质量为M，重物的质量为m；由静止释放使它们运动，到重物落地过程中，根据动能定理得mgh－μMgh＝(M＋m)v2，从重物落地到小木块停在桌面上这个过程，根据动能定理得Mv2＝μMg(s－h)，联立两式解得μ＝，从该式可知本实验还需直接测量的物理量有重物距离地面的高度