（江蘇專(zhuān)版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第22講 實(shí)驗(yàn)四 探究動(dòng)能定理講義

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1、（江蘇專(zhuān)版）2022年高考物理總復(fù)習(xí) 第22講 實(shí)驗(yàn)四 探究動(dòng)能定理講義 考情剖析 考查內(nèi)容 考綱要求 考查年份 考查詳情 能力要求 命題難度 實(shí)驗(yàn)、探究： 動(dòng)能定理 17年 T10—實(shí)驗(yàn)，考查恒力做功 與物體動(dòng)能變化的關(guān)系 探究、推理 B 弱項(xiàng)清單 1.在實(shí)驗(yàn)原理分析上、理解并運(yùn)用功能關(guān)系和動(dòng)能定理及用準(zhǔn)確的物理語(yǔ)言進(jìn)行描述等方面的掌握不夠； 2.不理解實(shí)驗(yàn)原理；處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力不強(qiáng)等. 實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)備一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 探究功與物體速度

2、變化的關(guān)系． 二、實(shí)驗(yàn)原理 通過(guò)1根、2根、3根…橡皮筋作用在小車(chē)上移動(dòng)相同的距離，對(duì)小車(chē)做功應(yīng)為1W、2W、3W…. 三、實(shí)驗(yàn)器材 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫(xiě)紙、橡皮筋、刻度尺、導(dǎo)線兩根． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖安裝儀器． 2．將紙帶固定在小車(chē)上，讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，平衡摩擦力． 3．用一根橡皮筋拉小車(chē)做功W. 4．用兩根橡皮筋拉小車(chē)做功2W；用三根橡皮筋拉小車(chē)做功3W. 五、數(shù)據(jù)處理 1．計(jì)算出小車(chē)每次獲得的速度； 2．分別用每次的v、W繪出W-v、W-v2、W-v3等關(guān)系圖線，直到得出線性關(guān)系． 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論 W與v之間的關(guān)系W＝mv2.

3、 七、誤差分析 1．誤差的主要來(lái)源是橡皮筋的長(zhǎng)度、粗細(xì)不一，使橡皮筋的拉力做功W與橡皮筋的條數(shù)不成正比． 2．沒(méi)有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力時(shí)傾角過(guò)大也會(huì)造成誤差． 3．利用打上點(diǎn)的紙帶計(jì)算小車(chē)的速度時(shí)，測(cè)量不準(zhǔn)帶來(lái)誤差． 八、注意事項(xiàng) 1．平衡摩擦力：將木板一端墊高，使小車(chē)重力沿斜面向下的分力與摩擦阻力平衡．方法是輕推小車(chē)，由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打在紙帶上的點(diǎn)的均勻程度判斷小車(chē)是否勻速運(yùn)動(dòng)，找到木板一個(gè)合適的傾角． 2．選點(diǎn)測(cè)速：測(cè)小車(chē)速度時(shí)，紙帶上的點(diǎn)應(yīng)選均勻部分的，也就是選小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的． 3．橡皮筋的選擇：橡皮筋規(guī)格相同時(shí)，力對(duì)小車(chē)做的功以一條橡皮筋做的功為單位即可，不必計(jì)

4、算出具體數(shù)值． 技能優(yōu)化考點(diǎn)1　實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作 【典型例題1】　某同學(xué)把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端拴在小車(chē)上，另一端繞過(guò)定滑輪，掛上適當(dāng)?shù)你^碼，使小車(chē)在鉤碼的牽引下運(yùn)動(dòng)，以此定量探究繩拉力做功與小車(chē)動(dòng)能變化的關(guān)系．此外還準(zhǔn)備了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及配套的電源、導(dǎo)線、復(fù)寫(xiě)紙、紙帶、小木塊等．組裝的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (1)若要完成該實(shí)驗(yàn)，必需的實(shí)驗(yàn)器材還有____________________． (2)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，他先調(diào)節(jié)木板上定滑輪的高度，使?fàn)恳≤?chē)的細(xì)繩與木板平行．他這樣做的目的是下列的哪個(gè)______(填字母代號(hào))．

5、 A．避免小車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生抖動(dòng) B．可使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打出的點(diǎn)跡清晰 C．可以保證小車(chē)最終能夠?qū)崿F(xiàn)勻速直線運(yùn)動(dòng) D．可在平衡摩擦力后使細(xì)繩拉力等于小車(chē)受的合力 (3)平衡摩擦力后，當(dāng)他用多個(gè)鉤碼牽引小車(chē)時(shí)，發(fā)現(xiàn)小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)快，致使打出的紙帶上點(diǎn)數(shù)較少，難以選到合適的點(diǎn)計(jì)算小車(chē)速度．在保證所掛鉤碼數(shù)目不變的條件下，請(qǐng)你利用本實(shí)驗(yàn)的器材提出一個(gè)解決方法：________________________________． (4)他將鉤碼重力做的功當(dāng)作細(xì)繩拉力做的功，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)拉力做功總是要比小車(chē)動(dòng)能增量大一些．這一情況可能是下列哪些原因造成的______(填字母代號(hào)

6、)． A．在接通電源的同時(shí)釋放了小車(chē) B．小車(chē)釋放時(shí)離打點(diǎn)計(jì)時(shí)器太近 C．阻力未完全被小車(chē)重力沿木板方向的分力平衡掉 D．鉤碼做勻加速運(yùn)動(dòng)，鉤碼重力大于細(xì)繩拉力 考點(diǎn)2　數(shù)據(jù)處理與誤差分析 【典型例題2】　為了探究功與速度變化的關(guān)系，現(xiàn)提供如圖所示的器材，讓小車(chē)在橡皮筋的作用下彈出后沿木板滑行，請(qǐng)思考探究思路并問(wèn)答下列問(wèn)題． (打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電頻率為50 Hz) (1)為了消除摩擦力的影響應(yīng)采取的措施為_(kāi)_____________________． (2)當(dāng)我們分別用同樣的橡皮筋1條、2條、3條……并起來(lái)進(jìn)行第1次、第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)中

7、橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度都保持一致，我們把第1次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為W. 由于橡皮筋對(duì)小車(chē)做功而使小車(chē)獲得的速度可以由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)出，如圖所示是其中四次實(shí)驗(yàn)打出的部分紙帶． 試根據(jù)以上信息，填寫(xiě)下表. 次數(shù) 1 2 3 4 橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功 W 小車(chē)速度v/(m.s－1) v2(m2.s－2) 　　從表中數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：________________________________________________________________________. 考點(diǎn)3　實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新 1．實(shí)驗(yàn)器材的改

8、進(jìn) 用拉力傳感器測(cè)量拉力，用速度傳感器測(cè)量速度，用光電門(mén)計(jì)算速度． 2．實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新 (1)利用自由落體運(yùn)動(dòng)探究功和動(dòng)能的關(guān)系． (2)研究小車(chē)以不同的初速度沿粗糙水平面滑動(dòng)的距離，得出小車(chē)的初動(dòng)能大小與克服摩擦力做功的情況，也可探究動(dòng)能定理． (3)讓小球從斜面上某高處滾下，然后做平拋運(yùn)動(dòng)等． 【典型例題3】　(16年徐州模擬)某同學(xué)利用如圖所示的裝置“探究動(dòng)能定理”．在氣墊導(dǎo)軌上安裝了兩光電門(mén)1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細(xì)線繞過(guò)定滑輪與鉤碼相連．實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)出光電門(mén)1、2間的距離為L(zhǎng)，遮光條的寬度為d，滑塊和遮光條的總質(zhì)量為M，鉤碼質(zhì)量為m. (1)完成下列實(shí)驗(yàn)步驟

9、中的填空： A．安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，其中與定滑輪及彈簧測(cè)力計(jì)相連的細(xì)線豎直； B．實(shí)驗(yàn)時(shí)要調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平，不掛鉤碼和細(xì)線，接通氣源，釋放滑塊，如果滑塊____________________________________，則表示氣墊導(dǎo)軌已調(diào)整至水平狀態(tài)； C．掛上鉤碼后，接通氣源，再放開(kāi)滑塊，記錄滑塊通過(guò)光電門(mén)1的時(shí)間t1和通過(guò)光電門(mén)2的時(shí)間t2，若彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F，則要驗(yàn)證動(dòng)能定理的表達(dá)式為：____________； D．改變鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟C，求得滑塊在不同合力作用下的動(dòng)能變化量ΔEk. (2)對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是______． A．滑塊的加速度與鉤碼的

10、加速度大小相等 B．彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為滑塊所受合外力 C．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鉤碼處于超重狀態(tài) D．鉤碼的總質(zhì)量m應(yīng)遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量M 當(dāng)堂檢測(cè)　　1.某學(xué)習(xí)小組做“探究功與速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)如圖甲所示，圖中小車(chē)是在一條橡皮筋作用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功記為W.當(dāng)用2條、3條……完全相同的橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次……實(shí)驗(yàn)時(shí)(每次實(shí)驗(yàn)中橡皮筋伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度都保持一致)，每次實(shí)驗(yàn)中小車(chē)獲得的速度根據(jù)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所打在紙帶上的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 第1題圖甲 (1)除了圖中已有的實(shí)驗(yàn)器材外，還需要導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、

11、刻度尺和________(選填“交流”或“直流”)電源． (2)實(shí)驗(yàn)中，小車(chē)會(huì)受到摩擦力的作用，可以使木板適當(dāng)傾斜來(lái)平衡摩擦力，則下面操作正確的是(　　) A．放開(kāi)小車(chē)，能夠自由下滑即可 B．放開(kāi)小車(chē)，能夠勻速下滑即可 C．放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē)，能夠自由下滑即可 D．放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē)，能夠勻速下滑即可 (3)若木板水平放置，小車(chē)在兩條橡皮筋作用下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)小車(chē)速度最大時(shí)，關(guān)于橡皮筋所處的狀態(tài)與小車(chē)所在的位置，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．橡皮筋處于原長(zhǎng)狀態(tài) B．橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài) C．小車(chē)在兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線處 D．小車(chē)已過(guò)兩個(gè)鐵釘?shù)倪B線 (4

12、)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點(diǎn)并不都是均勻的，為了測(cè)量小車(chē)獲得的速度，應(yīng)選用紙帶的________部分進(jìn)行測(cè)量(根據(jù)圖乙所示的紙帶回答)． 第1題圖乙 2．某校物理興趣小組利用如圖甲所示裝置探究合力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系．在滑塊上安裝一遮光條，系輕細(xì)繩處安裝一拉力傳感器(可顯示出輕細(xì)繩的拉力)，把滑塊放在水平氣墊導(dǎo)軌上A處，細(xì)繩通過(guò)定滑輪與鉤碼相連，光電門(mén)安裝在B處．氣墊導(dǎo)軌充氣，將滑塊從A位置由靜止釋放后，拉力傳感器記錄的讀數(shù)為F，光電門(mén)記錄的時(shí)間為Δt. 第2題圖甲 　第2題圖乙 (1)用螺旋測(cè)微器測(cè)量遮光條的寬度，如圖乙所示，則寬度為_(kāi)_______mm. (2)

13、多次改變鉤碼的質(zhì)量(拉力傳感器記錄的讀數(shù)F相應(yīng)改變)，測(cè)得多組F和Δt數(shù)據(jù)，要得到線性變化圖象，若已知選定F作為縱坐標(biāo)，則橫坐標(biāo)代表的物理量為_(kāi)_____． A．Δt B．(Δt)2 C. D．()2 (3)若正確選擇橫坐標(biāo)所代表的物理量后，得出線性變化圖象的斜率為k，且已經(jīng)測(cè)出A、B之間的距離為s，遮光條的寬度為d，則滑塊質(zhì)量(含遮光條和拉力傳感器)的表達(dá)式為M＝____________． 3．如圖甲所示，某組同學(xué)借用“探究a與F、m之間的定量關(guān)系”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)思想、原理及操作，進(jìn)行“研究合外力做功和動(dòng)能變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)： 第3題圖甲 第3題圖乙 (1)為達(dá)到平

14、衡阻力的目的，取下細(xì)繩及托盤(pán)，通過(guò)調(diào)整墊片的位置，改變長(zhǎng)木板傾斜程度，根據(jù)打出的紙帶判斷小車(chē)是否做________運(yùn)動(dòng)． (2)連接細(xì)繩及托盤(pán)，放入砝碼，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到圖乙所示的紙帶．紙帶上O為小車(chē)運(yùn)動(dòng)起始時(shí)刻所打的點(diǎn)，選取時(shí)間間隔為0.1 s的相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G.實(shí)驗(yàn)時(shí)小車(chē)所受拉力為0.2 N，小車(chē)的質(zhì)量為0.2 kg. 請(qǐng)計(jì)算小車(chē)所受合外力做的功W和小車(chē)動(dòng)能的變化ΔEk.補(bǔ)填表中空格(結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第四位). O—B O—C O—D O—E O—F W/J 0.0432 0.0572 0.0734 0.0915 ΔEk/J 0.043

15、0 0.0570 0.0734 0.0907 　　分析上述數(shù)據(jù)可知：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)W＝ΔEk，與理論推導(dǎo)結(jié)果一致． (3)實(shí)驗(yàn)前已測(cè)得托盤(pán)質(zhì)量為7.7×10－3 kg，實(shí)驗(yàn)時(shí)該組同學(xué)放入托盤(pán)中的砝碼質(zhì)量應(yīng)為_(kāi)_______kg(g取9.8 m/s2，結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后第三位)． 第22講　實(shí)驗(yàn)四：探究動(dòng)能定理 技能優(yōu)化 ·典型例題1·(1)刻度尺、天平(包括砝碼) (2)D　(3)可在小車(chē)上加適量的砝碼(或鉤碼) (4)CD　【解析】　(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可知，需要驗(yàn)證mgx＝Mv2，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，此實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量鉤碼質(zhì)量、小車(chē)質(zhì)量和位移，故

16、還需要的器材有：刻度尺和天平；(2)分析小車(chē)受力可知，在平衡摩擦力的基礎(chǔ)上，使細(xì)繩與木板平行是為了讓細(xì)繩的拉力充當(dāng)小車(chē)所受合外力，故選項(xiàng)D正確；(3)紙帶上打出的點(diǎn)較少，說(shuō)明小車(chē)的加速度過(guò)大(即小車(chē)過(guò)快)，故可知減小鉤碼質(zhì)量或增加小車(chē)質(zhì)量(在小車(chē)上加上適量的砝碼)；(4)在此實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)牛頓第二定律可知，鉤碼的重力大于細(xì)繩的拉力，而實(shí)驗(yàn)中用重力代替拉力會(huì)導(dǎo)致拉力做功大于小車(chē)動(dòng)能增量；如果實(shí)驗(yàn)未平衡或未完全平衡摩擦力也會(huì)導(dǎo)致拉力做功大于動(dòng)能增量，故選項(xiàng)C、D正確． ·典型例題2·　(1)見(jiàn)解析　(2)見(jiàn)解析　【解析】　(1)為了消除摩擦力，應(yīng)將木板固定有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，使小?chē)在

17、不接橡皮筋時(shí)緩慢勻速下滑． (2)由勻速運(yùn)動(dòng)的速度公式v＝，可求出小車(chē)的速度，其中x可從題圖中讀出，分別為 2．00 cm、2.83 cm、3.46 cm、4.00 cm.交流電頻率為50 Hz，故T＝0.02 s. 次數(shù) 1 2 3 4 橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功 W 2W 3W 4W 小車(chē)速度v/(m·s－1) 1.00 1.42 1.73 2.00 v2(m2·s－2) 1.00 2.02 2.99 4.00 在誤差允許的范圍內(nèi)，橡皮筋對(duì)小車(chē)做的功與小車(chē)速度的二次方成正比． ·典型例題3·(1)B.能在氣墊導(dǎo)軌上靜止，或能在導(dǎo)軌上做勻速運(yùn)動(dòng)，或經(jīng)

18、過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間相等；C.FL＝M()2－M()2　(2)B　【解析】　(1)若氣墊導(dǎo)軌水平，則滑塊不掛鉤碼時(shí)在氣墊導(dǎo)軌上受的合外力為零，能在氣墊導(dǎo)軌上靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)的時(shí)間相等．如果滿足FL＝M()2－M()2，則可以驗(yàn)證動(dòng)能定理． (2)因?yàn)殂^碼向下運(yùn)動(dòng)的位移大小為x時(shí)，滑塊運(yùn)動(dòng)的位移大小就為2x，所以滑塊的加速度大小是鉤碼加速度大小的2倍，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為滑塊所受合外力大小，不需要滿足鉤碼的總質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊和遮光條的總質(zhì)量M，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鉤碼處于失重狀態(tài)，所以選項(xiàng)B正確，C、D錯(cuò)誤． 當(dāng)堂檢測(cè) 1．(1)交流　(2)D　(3)B　(4)GJ

19、 　【解析】　(1)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源． (2)平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，放開(kāi)拖著紙帶的小車(chē)，小車(chē)能夠勻速下滑即可，D正確． (3)水平放置木板，放開(kāi)小車(chē)后，小車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小時(shí)，小車(chē)的速度最大，此時(shí)橡皮筋仍處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，B正確． (4)從紙帶上看，紙帶的GJ段打點(diǎn)比較均勻，所以應(yīng)選用紙帶的GJ段進(jìn)行測(cè)量． 2．(1)2.558　(2)D　(3) 【解析】　(1)根據(jù)螺旋測(cè)微器讀數(shù)規(guī)則，遮光條的寬度d＝2.5 mm＋0.058 mm＝2.558 mm.(2)根據(jù)動(dòng)能定理，F(xiàn)s＝Mv2，v＝，聯(lián)立解得F＝ ()2，選定F作為縱坐標(biāo)，則

20、橫坐標(biāo)代表的物理量為()2，D正確．(3)得出線性變化圖象的斜率為k，由k＝解得M＝. 3．(1)勻速直線(或勻速)　 (2)0.1115 0．1105　(3)0.015 【解析】　(1)若已平衡摩擦力，則小車(chē)在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)． (2)從紙帶上的O點(diǎn)到F點(diǎn)，W＝F·＝ 0．2×0.5575 J＝0.1115 J，打F點(diǎn)時(shí)速度vF＝＝1.051 m/s，ΔEk＝Mv＝×0.2×1.0512 J≈0.1105 J. (3)打B點(diǎn)時(shí)小車(chē)的速度為vB＝＝ 0．6555 m/s，所以小車(chē)的加速度a＝≈0.99 m/s2. 小車(chē)所受的拉力F＝(m0＋m)(g－a)，所以盤(pán)中砝碼的質(zhì)量m＝－m0≈ 0.015 kg.