2012届高考物理实验复习探究动能定理教案

详细内容

实验5、探究动能定理在（恒力做功与物体动能变化的关系）
（课程标准教科书物理必修2第16~18页：探究功与物体速度的变化的关系）

图1
如图1， 物体沿斜面加速下滑，两个图象同时画出，如图2、图3.

图2

图3
图2表示物体的动能随时间变化的规律，图3表示物体的重力势能随时间变化的规律，也就是重力所做的功，因为物体在沿斜面下滑的过程中，只有重力做功（只受重力和支持力，二支持力不做功），所以重力做的功就是合力做的功，而重力势能的变化等于重力做的功，所以重力势能的变化等于合力做的功。
比较图2和图3，物体动能的增加等于重力势能的减少，例如从0到1s, 动能的增加为 (见图2)，重力势能的减少为 ,两者相等。
所以，物体动能的增加等于合力做的功。
如图4图5、图6。

图4

图5
从图5可以根据 算出合力做的功： 。

图6
从图6可以看出物体动能的变化: .
合力做的功为等于物体动能的变化，误差为 。
位移随时间变化的图线如图7，

图7
动能随时间变化的图线如图8，

图8
以上两个图线非常相似。 因为 时动能为0，所以任意时刻动能的值等于动能的变化值；而力与位移的积就是功，由于力是恒量，所以功的图象应与位移的图象相似， 那么动能的变化的图象就与功的图象相似了。

利用数据显示方法测出4组数据（显示方法如图9所示）：合力F，水平位移x, 速度v和动能EK, 然后输入到Excel中，用公式 (因为斜面的倾斜角为300)算出位移s,用公式 算出功，然后画出W-Ek图象如图10。

图9

FxsWvEk
13.800000
13.80.02510.0289830.3999650.530.39
13.80.0290.0334860.4621110.560.45
13.80.0940.1085421.4978771.031.49
13.80.210.2424873.3463211.543.34
13.80.360.4156925.736552.015.68
13.80.490.5658037.8080812.357.78

数据表

图10
图10中，红的直线是动能Ek与功的关系，是直线，该直线的斜率为 ，近似为1，说明合力对物体做的功等于物体动能的变化，即动能定理。
例1、如图所示，在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中，下列说法正确的是（　　　　）
A．为减小实验误差，长木板应水平放置
B．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
C．小车在橡皮筋拉作用下做匀加速直线运动，当橡皮筋拉恢复原长后小车做匀速运动
D．应选择纸带上点距均匀的一段计算小车的速度

答案：BD
例2 2009高考安徽21.Ⅲ．（6分）探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所师，实验主要过程如下：
（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……；
（2）分析打点计时器打出的纸带，求
出小车的速度 、 、 、……；
（3）作出 草图；
（4）分析 图像。如果 图像是一条直线，表明∝ ；如果不是直线，可考虑是否存在 ∝ 、 ∝ 、 ∝ 等关系。
以下关于该试验的说法中有一项不正确，它是___________。
A．本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、……。所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致。当用1条橡皮筋进行是实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时，橡皮筋对小车做的功分别是2W、3W、……。
B．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。
C．某同学在一次实验中，得到一条记录纸带。纸带上打出的点，两端密、中间疏。出现这种情况的原因，可能是没有使木板倾斜或倾角太小。
D．根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法，是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算。

答案：D。
解析：本实验的目的是探究橡皮绳做的功与物体获得速度的关系。这个速度是指橡皮绳做功完毕时的速度，而不整个过程的平均速度，所以D选项是错误的。
例3． 利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”
2009高考 广东
15．（10分）某试验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能原理”。如图12，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器，
记录小车通过A、B时的速度大小、小车中可以放置砝码。

（1）试验主要步骤如下：
①测量 和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；
②将小车停在C点， ，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度；
③在小车中增加砝码，或 ，重复②的操作．
（2）表1是他们测得的一组数据，期中M是M1与小车中砝码质量之和， 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量△E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功。表格中的△E3= ，W3= ．（结果保留三位有效数字）
（3）根据表1，请在图13中的方格纸上作出△E-W图线．

答案：15．（1）①小车；②由静止开始释放小车；
③改变小车质量.
（2）0.600J，0.610J.
（3）△E-W图线如图所示

例4. 2008年广东第16题： 探究“动能定理”
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50 Hz．

⑴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， ， ，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点， ；
③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作．
⑵图1是钩码质量为0.03 kg，砝码质量为0.02 kg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S及对应时刻小车的瞬时速度v，请将C点的测量结果填在表1中的相应位置．

⑶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， 做负功．
⑷实验小组根据实验数据绘出了图2中的图线（其中Δv2＝v2－v02），根据图线可获得的结论是 ．要验证“动能定理”，还需要测量的物理量是摩擦力和 ．

表1纸带的测量结果
测量点S/cmr/(m•s－1)
00.000.35
A1.510.40
B3.200.45
C____________
D7.150.54
E9.410.60

解析: （1）②接通电源、释放小车 断开开关
(2) 从尺上读数,C:6.06cm, 减去O点读数1.00 cm ,得C点的S值5.06cm
C点速度
钩砝的重力做正功, 小车受摩擦阻力做负功
小车初末速度的平方差与位移成正比,即
要验证“动能定理”，即 还需要测量的物理量是摩擦力f和小车的质量M.
答案：16．（1）②接通电源、释放小车 断开开关
（2）5．06 0．49 （3）钩砝的重力 小车受摩擦阻力
（4）小车初末速度的平方差与位移成正比 小车的质量
例5①某同学探究恒力做功和物体动能变化间的关系，方案如图所示.他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为减小这种做法带来的误差，实验中要采取的两项措施是：
a
b

②如图所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T。距离如图。则打B点时的速度为 ；要验证合外力的功与动能变化间的关系，测得位移和速度后，还要测出的物理量有

答案：① a 平衡摩擦力 2分
b 钩码的重力远小于小车的总重力 2分
（或者：钩码的质量远远小于小车的质量；答m钩《M车 同样给分）
② 2分
钩码的质量m,小车的质量M. 2分