7.4探究动能定理实验-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第7章 机械能 第7.4 讲 探究动能定理 【知识点精讲】 [考纲解读] 　(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)体会探究的过程和所用的方法。【出处：】 实验原理 为了探究功与速度变化的关系，需要测量功和初、末两个状态的速度。 在方案一中，功的大小等于小车所受的合力与小车位移的乘积，当悬挂重物的质量远小于小车质量及小车所受的阻力已被平衡时，功的大小约等于重物重力与小车位移的乘积。 在方案二中，不需要测量功的具体数值，分别用1根、2根、3根…相同的橡皮筋时，橡皮筋对小车做功的大小分别是W、2W、3W…。这两种方案中，小车获得的速度都可利用打点计时器测量，然后通过图象法找出功与速度变化的关系。 实验器材 方案一：重物(小盘中放砝码或砂桶中盛砂)、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、一端带有滑轮的长木板、带小钩的细线等。 方案二：橡皮筋若干根(材质、长短、粗细均相同)、打点计时器、小车、纸带、复写纸、电源、导线、刻度尺、木板、铁钉等。 实验步骤 方案一： (1)用天平测出重物的质量m(m≪M车)，将数据记录在表中。 (2)将打点计时器固定在长木板上没有滑轮的一端，纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后，恰能使小车在木板上做匀速运动为止。 (3)在小车前系好细线并通过滑轮挂上重物。将小车置于靠近打点计时器处。接通打点计时器电源，释放小车。 (4)改变重物质量，重做上述实验。 (5)如图所示，将纸带上的第一个点记为计数点O，再在纸带的后端选择连续的5个打印点分别记为计数点1、2、3、4、5。分别测出计数点1、2、3、4、5至计数点O的距离(即小车的位移l)，并利用打上点的纸带，测出打各计数点时小车的速度v，将实验数据记录在表中。 (6)将计算得到的功W记录在表格中。 (7)根据记录的W、v数据，在坐标纸上作出合适的图象。两次实验可以在同一坐标系中作出两条图线。 (8)整理实验器材。 方案二： (1)将打点计时器固定在长木板的一端，纸带的一端夹在小车后端，另一端穿过打点计时器。将长木板安装有打点计时器的一端适当垫高，调整高度，直至轻推小车后，恰能使小车在长木板上匀速运动为止。 (2)将橡皮筋的一端固定在长木板前端的铁钉上，另一端固定在小车前端的钩子上。将小车置于靠近打点计时器处，记下小车的位置。接通打点计时器的电源，释放小车。 (3)用2根、3根、4根、5根相同的橡皮筋分别代替1根橡皮筋重做实验，保证每次释放小车的位置相同，即橡皮筋被拉长的长度相同。 (4)在上述实验中打出的5条纸带上分别找出小车近似做匀速运动的点，并分别求出匀速运动时的速度v，将实验数据记录在表中。 (5)根据记录的W、v数据，在坐标纸上作出合适的图象。 (6)整理实验器材。 【方法归纳】 【实验原理和操作】 1．平衡摩擦力：实验中的小车不可避免地要受到摩擦力的作用，摩擦力对小车做负功，我们研究的是小车合外力的功与物体速度的关系，应设法排除摩擦力的影响，可采用将木板一端垫高的方法来实现。将木板一端垫高，使重力沿斜面方向的分力与摩擦力平衡，就能消除摩擦力的影响。判断已平衡掉摩擦力的方法是轻推一下小车，观察到小车不受其他力时能在木板上匀速运动，即表明摩擦力已平衡。 2．在方案二中，我们用2根、3根…相同的橡皮筋进行第2次、第3次…实验时，每次实验时使小车从同一地点静止释放，使橡皮筋伸长的长度都应保持一致。 3．在方案二中，打点计时器打出的纸带上相邻各点的间距并不均匀，应选间距均匀的那一段纸带来计算小车的速度，因为这一段是橡皮筋对小车做功完毕时的情形。 【实验数据处理】 方案一： (1)如图所示，将纸带上的第一个点记为计数点O，再在纸带的后端选择连续的5个打印点分别记为计数点1、2、3、4、5。分别测出计数点1、2、3、4、5至计数点O的距离(即小车的位移l)，并利用打上点的纸带，测出打各计数点时小车的速度v。 (2)功W的大小约等于重物重力与小车位移的乘积。 (3)根据W、v数据，在坐标纸上作出合适的图象。两次实验可以在同一坐标系中作出两条图线。 方案二： (1)实验数据处理时，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)以橡皮筋对小车做的功W为纵坐标，小车获得的速度为横坐标，以第一次实验时做的功W为单位，作出图象。用W－v2图象处理实验数据，比W－v图象更加直观、明了。 【误差分析】 (1)平衡摩擦力不彻底或平衡过度也会造成误差。 (2)橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做的功与橡皮筋的条数不成正比。 (3)利用打上点的纸带计算小车的