专题05 探究动能定理 顶峰相见 2024年高考物理实验培优突破攻略

专题05 探究动能定理 1.通过实验探究力对物体做功与物体速度变化的关系. 2.通过分析论证和实验探究的过程，培养实验探究能力和创新精神. 【实验目的】 探究功与物体速度变化的关系。 【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，由图象可以确定速度变化与功的关系。 【实验器材】 橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等。 【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 、 …… 图象，直到明确得出W 和v 的关系。 【实验结论】 物体速度v 与外力做功 W间的关系 。 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)做w-v 图象，或 W-v² 、W-v³图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线。 考向一 实验原理与实验操作 【例题1】某实验小组采用如图所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点计时器工作频率为50Hz。 （1）实验的部分步骤如下： ①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码； ②将小车停在打点计时器附近，接通电源，释放小车，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，断开开关； ③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。 （2）图1是钩码质量为0.03kg，砝码质量为0.02kg时得到的一条纸带，在纸带上选择起始点O及A、B、C、D和E五个计数点，可获得各计数点到O的距离x及对应时刻小车的瞬时速度v，测量结果在表1中的相应位置。 表1纸带的测量结果 测量点 0 0.00 0.35 A 1.51 0.40 B 3.20 0.45 C 5.08 0.49 D 7.15 0.54 E 9.41 0.60 （3）在小车的运动过程中，对于钩码、砝码和小车组成的系统， 做正功，小车所受摩擦阻力做负功。 （4）实验小组根据实验数据绘出了图2中的图线（其中），根据图线可获得的直接结论是 。 （5）要验证“动能定理”，还需要测量的物理量是摩擦力和 。 考向二 数据处理与误差分析 【例题2】某同学用如图所示的实验装置来验证动能定理。实验过程如下： （1）该同学先用图甲所示装置，测滑块与长木板间的滑动摩擦力f，把弹簧测力计的一端固定在墙上，用力F水平向左拉放在水平面上的长木板，使长木板向左运动，此时测力计的示数稳定，则： ①为了测出滑块与长木板之间的滑动摩擦力的大小，下列操作中正确的是 ； A．长木板作匀速直线运动 B．长木板作匀加速直线运动 C．长木板作变加速直线运动 D．以上运动均可以 ②滑块受到长木板的滑动摩擦力f的大小为 N。 （2）如图乙所示，将图甲中的长木板装上定滑轮平放在水平实验台上，调节定滑轮的高度，使拉滑块的细线与长木板平行。由静止释放滑块，打点计时器打出的纸带如图丙所示，O点为刚释放钩码时打下的点，A、B、C、D是四个连续点，各点与O点间的距离在图中已标出，在打出此纸带的过程中，力传感器的示数为F，打点计时器所用交流电的周期为T，测得滑块的质量为M，钩码和力传感器的总质量为m，重力加速度为g。则： ①该实验 （选填“需要”或“不需要”）钩码质量远小于滑块质量； ②打下C点时，钩码的速度为 ；此时，如果表达式 [用（1）、（2）题中物理量字母表示]成立，即可验证动能定理。 考向三 实验拓展与创新 【例题3】将位移传感器和速度传感器获得的数据同时输入计算机，可一次性直接得到位移和速度的关系图像。为了探究动能定理，科技小组设计了