2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)5 探究動(dòng)能定理在（恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系）教案.doc

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2019-2020年高考物理復(fù)習(xí) 實(shí)驗(yàn)5 探究動(dòng)能定理在（恒力做功與物體動(dòng)能變化的關(guān)系）教案 （課程標(biāo)準(zhǔn)教科書(shū)物理必修2第16~18頁(yè)：探究功與物體速度的變化的關(guān)系） 圖1 如圖1， 物體沿斜面加速下滑，兩個(gè)圖象同時(shí)畫(huà)出，如圖2、圖3. 圖2 圖3 圖2表示物體的動(dòng)能隨時(shí)間變化的規(guī)律，圖3表示物體的重力勢(shì)能隨時(shí)間變化的規(guī)律，也就是重力所做的功，因?yàn)槲矬w在沿斜面下滑的過(guò)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，而重力勢(shì)能的變化等于重力做的功，所以重力勢(shì)能的變化等于合力做的功。 比較圖2和圖3，物體動(dòng)能的增加等于重力勢(shì)能的減少，例如從0到1s, 動(dòng)能的增加為(見(jiàn)圖2)，重力勢(shì)能的減少為,兩者相等。 所以，物體動(dòng)能的增加等于合力做的功。 如圖4圖5、圖6。 圖4 圖5 從圖5可以根據(jù)算出合力做的功：。 圖6 從圖6可以看出物體動(dòng)能的變化:. 合力做的功為等于物體動(dòng)能的變化，誤差為。 位移隨時(shí)間變化的圖線如圖7， 圖7 動(dòng)能隨時(shí)間變化的圖線如圖8， 圖8 以上兩個(gè)圖線非常相似。 因?yàn)闀r(shí)動(dòng)能為0，所以任意時(shí)刻動(dòng)能的值等于動(dòng)能的變化值；而力與位移的積就是功，由于力是恒量，所以功的圖象應(yīng)與位移的圖象相似， 那么動(dòng)能的變化的圖象就與功的圖象相似了。 利用數(shù)據(jù)顯示方法測(cè)出4組數(shù)據(jù)（顯示方法如圖9所示）：合力F，水平位移x, 速度v和動(dòng)能EK, 然后輸入到Excel中，用公式(因?yàn)樾泵娴膬A斜角為300)算出位移s,用公式算出功，然后畫(huà)出W-Ek圖象如圖10。 圖9 F x s W v Ek 13.8 0 0 0 0 0 13.8 0.0251 0.028983 0.399965 0.53 0.39 13.8 0.029 0.033486 0.462111 0.56 0.45 13.8 0.094 0.108542 1.497877 1.03 1.49 13.8 0.21 0.242487 3.346321 1.54 3.34 13.8 0.36 0.415692 5.73655 2.01 5.68 13.8 0.49 0.565803 7.808081 2.35 7.78 數(shù)據(jù)表 圖10 圖10中，紅的直線是動(dòng)能Ek與功的關(guān)系，是直線，該直線的斜率為，近似為1，說(shuō)明合力對(duì)物體做的功等于物體動(dòng)能的變化，即動(dòng)能定理。 例1、如圖所示，在“探究功與物體速度變化的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是（　　　?。? A．為減小實(shí)驗(yàn)誤差，長(zhǎng)木板應(yīng)水平放置 B．通過(guò)增加橡皮筋的條數(shù)可以使橡皮筋對(duì)小車做的功成整數(shù)倍增加 C．小車在橡皮筋拉作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)橡皮筋拉恢復(fù)原長(zhǎng)后小車做勻速運(yùn)動(dòng) D．應(yīng)選擇紙帶上點(diǎn)距均勻的一段計(jì)算小車的速度 答案：BD 例2 xx高考安徽21.Ⅲ．（6分）探究力對(duì)原來(lái)靜止的物體做的功與物體獲得的速度的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所師，實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下： （1）設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、……； （2）分析打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶，求 出小車的速度、、、……； （3）作出草圖； （4）分析圖像。如果圖像是一條直線，表明∝；如果不是直線，可考慮是否存在∝、∝、∝等關(guān)系。 以下關(guān)于該試驗(yàn)的說(shuō)法中有一項(xiàng)不正確，它是___________。 A．本實(shí)驗(yàn)設(shè)法讓橡皮筋對(duì)小車做的功分別為W、2W、3W、……。所采用的方法是選用同樣的橡皮筋，并在每次實(shí)驗(yàn)中使橡皮筋拉伸的長(zhǎng)度保持一致。當(dāng)用1條橡皮筋進(jìn)行是實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功為W，用2條、3條、……橡皮筋并在一起進(jìn)行第2次、第3次、……實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮筋對(duì)小車做的功分別是2W、3W、……。 B．小車運(yùn)動(dòng)中會(huì)受到阻力，補(bǔ)償?shù)姆椒?，可以使木板適當(dāng)傾斜。 C．某同學(xué)在一次實(shí)驗(yàn)中，得到一條記錄紙帶。紙帶上打出的點(diǎn)，兩端密、中間疏。出現(xiàn)這種情況的原因，可能是沒(méi)有使木板傾斜或傾角太小。 D．根據(jù)記錄紙帶上打出的點(diǎn)，求小車獲得的速度的方法，是以紙帶上第一點(diǎn)到最后一點(diǎn)的距離來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 答案：D。 解析：本實(shí)驗(yàn)的目的是探究橡皮繩做的功與物體獲得速度的關(guān)系。這個(gè)速度是指橡皮繩做功完畢時(shí)的速度，而不整個(gè)過(guò)程的平均速度，所以D選項(xiàng)是錯(cuò)誤的。 例3． 利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能原理” xx高考 廣東 15．（10分）某試驗(yàn)小組利用拉力傳感器和速度傳感器探究“動(dòng)能原理”。如圖12，他們將拉力傳感器固定在小車上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將其通過(guò)一個(gè)定滑輪與鉤碼相連，用拉力傳感器記錄小車受到拉力的大小。在水平面上相距50.0cm的A、B兩點(diǎn)各安裝一個(gè)速度傳感器， 記錄小車通過(guò)A、B時(shí)的速度大小、小車中可以放置砝碼。 （1）試驗(yàn)主要步驟如下： ①測(cè)量 和拉力傳感器的總質(zhì)量M1；把細(xì)線的一端固定在拉力傳感器上，另一端通過(guò)定滑輪與鉤碼相連；正確連接所需電路； ②將小車停在C點(diǎn)， ，小車在細(xì)線拉動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，記錄細(xì)線拉力及小車通過(guò)A、B時(shí)的速度； ③在小車中增加砝碼，或 ，重復(fù)②的操作． （2）表1是他們測(cè)得的一組數(shù)據(jù)，期中M是M1與小車中砝碼質(zhì)量之和，是兩個(gè)速度傳感器記錄速度的平方差，可以據(jù)此計(jì)算出動(dòng)能變化量△E，F(xiàn)是拉力傳感器受到的拉力，W是F在A、B間所做的功。表格中的△E3= ，W3= ．（結(jié)果保留三位有效數(shù)字） （3）根據(jù)表1，請(qǐng)?jiān)趫D13中的方格紙上作出△E-W圖線． 圖13 答案：15．（1）①小車；②由靜止開(kāi)始釋放小車； ③改變小車質(zhì)量. （2）0.600J，0.610J. （3）△E-W圖線如圖所示 例4. xx年廣東第16題： 探究“動(dòng)能定理” 某實(shí)驗(yàn)小組采用如圖所示的裝置探究“動(dòng)能定理”，圖中小車中可放置砝碼，實(shí)驗(yàn)中，小車碰到制動(dòng)裝置時(shí)，鉤碼尚未到達(dá)地面，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50 Hz． ⑴實(shí)驗(yàn)的部分步驟如下： ①在小車中放入砝碼，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車后端，用細(xì)線連接小車和鉤碼； ②將小車停在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近， ， ，小車拖動(dòng)紙帶，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一列點(diǎn)， ； ③改變鉤碼或小車中砝碼的數(shù)量，更換紙帶，重復(fù)②的操作． ⑵圖1是鉤碼質(zhì)量為0.03 kg，砝碼質(zhì)量為0.02 kg時(shí)得到的一條紙帶，在紙帶上選擇起始點(diǎn)O及A、B、C、D和E五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，可獲得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離S及對(duì)應(yīng)時(shí)刻小車的瞬時(shí)速度v，請(qǐng)將C點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果填在表1中的相應(yīng)位置． ⑶在小車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于鉤碼、砝碼和小車組成的系統(tǒng)， ________做正功， 做負(fù)功． ⑷實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出了圖2中的圖線（其中Δv2＝v2－v02），根據(jù)圖線可獲得的結(jié)論是 ．要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，還需要測(cè)量的物理量是摩擦力和 ． 0 2 4 6 8 10 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 s/cm Δv2/(m2s－2) 表1紙帶的測(cè)量結(jié)果 測(cè)量點(diǎn) S/cm r/(ms－1) 0 0.00 0.35 A 1.51 0.40 B 3.20 0.45 C ______ ______ D 7.15 0.54 E 9.41 0.60 解析: （1）②接通電源、釋放小車 斷開(kāi)開(kāi)關(guān) (2) 從尺上讀數(shù),C:6.06cm, 減去O點(diǎn)讀數(shù)1.00 cm ,得C點(diǎn)的S值5.06cm C點(diǎn)速度 鉤砝的重力做正功, 小車受摩擦阻力做負(fù)功 小車初末速度的平方差與位移成正比,即 要驗(yàn)證“動(dòng)能定理”，即還需要測(cè)量的物理量是摩擦力f和小車的質(zhì)量M. 答案：16．（1）②接通電源、釋放小車 斷開(kāi)開(kāi)關(guān) （2）5．06 0．49 （3）鉤砝的重力 小車受摩擦阻力 （4）小車初末速度的平方差與位移成正比 小車的質(zhì)量 例5①某同學(xué)探究恒力做功和物體動(dòng)能變化間的關(guān)系，方案如圖所示.他想用鉤碼的重力表示小車受到的合外力，為減小這種做法帶來(lái)的誤差，實(shí)驗(yàn)中要采取的兩項(xiàng)措施是： a b ②如圖所示是某次實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，其中A、B、C、D、E、F是計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T。距離如圖。則打B點(diǎn)時(shí)的速度為 ；要驗(yàn)證合外力的功與動(dòng)能變化間的關(guān)系，測(cè)得位移和速度后，還要測(cè)出的物理量有 A B C D E F △x1 △x2 △x3 △x4 △x5 答案：① a 平衡摩擦力 2分 b 鉤碼的重力遠(yuǎn)小于小車的總重力 2分 （或者：鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量；答m鉤《M車 同樣給分） ② 2分 鉤碼的質(zhì)量m,小車的質(zhì)量M. 2分