实验5-1 探究动能定理（抢分精讲）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

实验5-1 探究动能定理（抢分精讲）-剑指2019年高考物理的13个抢分实验

剑指2019年高考物理的13个抢分实验 实验5.1 探究动能定理 抢分精讲 ‎【高考导航】‎ 抢分题型 ‎◎题型1 对实验原理的理解 ‎◎题型2 实验数据的处理 ‎◎题型3 实验创新设计 ‎◇ 命题点1 实验装置的改进 ‎◇ 命题点2 实验原理的迁移应用 实验目的 探究外力做功与物体动能变化的关系。‎ 实验原理 实验装置如图实Ⅴ－1所示，在砝码盘中加放砝码并释放砝码盘，小车将在砝码盘对它的拉力作用下做匀加速直线运动。在打出的纸带上适当间隔地取两个点A、B，用平均速度的方法确定出A、B两点速度vA、vB，求出此过程中物体动能的变化量为ΔEk，测量这段过程中物体运动的距离x，算出拉力做的功W，通过比较W和ΔEk的值，就可以找出两者之间的关系。‎ 题型1　对实验原理的理解 例1　 (广州模拟)某研究性学习小组做探究“橡皮筋做的功和物体速度变化的关系”的实验，实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝，②W∝v，③W∝v2。实验装置如图实Ⅴ－2甲所示，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时橡皮筋对小车做的功记为W。当我们用2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。小车在实验中获得的速度由打点计时器所打的纸带测出。‎ ‎(1)实验时为了使小车相当于只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是___________________；‎ ‎(2)每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了计算出小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量；‎ ‎(3)同学们设计了以下表格来记录数据。其中W1、W2、W3、W4…表示橡皮筋对小车做的功，v1、v2、v3、v4…表示小车每次获得的速度。‎ 实验次数 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ 他们根据实验数据绘制了如图乙所示的W－v图象，由图象形状得出结论W∝v2。他们的做法是否合适？请说明理由：__________________________。‎ 答案　‎ ‎(1)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力 ‎(2)点距均匀 ‎(3)不合适。由曲线不能直接确定W、v2的函数关系，应进一步绘制W－v2图象 解析　‎ 总结 ‎(1)实验中要通过倾斜木板平衡摩擦力，这与探究加速度与力、质量关系中平衡摩擦力的原因是一样的。‎ ‎(2)计算小车的速度时，应选纸带上点距均匀的部分进行测量。‎ 针对训练：‎ ‎(福建)在“探究恒力做功与动能改变的关系”实验中(装置如图实Ⅴ－3)：‎ ‎(1)下列说法哪一项是正确的________。(填选项前字母) ‎ A．平衡摩擦力时必须将钩码通过细线挂在小车上 B．为减小系统误差，应使钩码质量远大于小车质量 C．实验时，应使小车靠近打点计时器由静止释放 ‎(2)图实Ⅴ－4是实验中获得的一条纸带的一部分，选取O、A、B、C计数点，已知打点计时器使用的交流电频率为50 Hz，则打B点时小车的瞬时速度大小为________m/s(保留三位有效数字)。‎ 答案　(1)C　(2)0.653‎ 解析　‎ 题型2　实验数据的处理 例2　如图实Ⅴ－5所示，是某研究性学习小组做探究“橡皮筋做功和物体速度变化的关系”的实验，图中是小车在一条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行的情形，这时，橡皮筋对小车做的功记为W。当我们把2条、3条……完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次……实验时，每次橡皮筋都拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度由打点计时器所打点的纸带测出。‎ ‎(1)除了图中的已给出的实验器材外，还需要的器材有 ______；‎ ‎(2)平衡摩擦后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的________部分进行测量；‎ ‎(3)下面是本实验的数据记录表，请将第2次、第3次……实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置；‎ 橡皮筋做的功 ‎10个间距的距离×（m）‎ ‎10个间距的时间T（s）‎ 小车获得的速度 小车速度的平方 第1次 ‎0.200‎ ‎0.2‎ 第2次 ‎0.280‎ ‎0.2‎ 第3次 ‎0.300‎ ‎0.2‎ 第4次 ‎0.400‎ ‎0.2‎ 第5次 ‎0.450‎ ‎0.2‎ ‎(4)从理论上讲，橡皮筋做的功Wn和物体速度vn变化的关系应是Wn∝________，请你根据表中测定的数据在如图实Ⅴ－6所示的坐标系中作出相应的图象验证理论的正确性。‎ 答案　(1)刻度尺　(2)点距均匀　(3)2W　3W　4W　5W　(4)v　图见解析 解析 ‎(1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺。‎ 题型3　实验创新设计 命题点1 实验装置的改进 例3　 (江西模拟)某学习小组利用如图实Ⅴ－7所示的装置验证动能定理。‎ ‎(1)将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图中读出两光电门中心之间的距离s＝________cm；‎ ‎(2)测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间Δt1和Δt2，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是________；‎ ‎(3)该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？________(填“是”或“否”)‎ 答案　(1)50.00　(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M　(3)否 解析　‎ ‎(1)由图可知，s＝70.30 cm－20.30 cm＝ 50.00 cm。‎ 小结　为减小实验误差，本实验装置从以下三个方面进行改进：‎ ‎(1)减小摩擦阻力：用气垫导轨代替木板。‎ ‎(2)速度的测量：用光电门代替打点计时器。‎ ‎(3)拉力的测定：用力传感器测定力的大小。‎ 命题点2 实验原理的迁移应用 例4　某实验小组利用如图实Ⅴ－8所示装置，探究木块在木板上滑动至停止的过程中，摩擦力做的功与木块滑上木板时初速度的关系，实验步骤如下：‎ A．将弹簧左端固定在平台上，右端自然伸长到平台右侧O点，木板紧靠平台，其上表面与P、O在同一水平面上。使木块压缩弹簧自由端至P点后由静止释放，木块最终停在木板上的B点，记下P点并测出OB间的距离L。‎ B．去掉木板再使木块压缩弹簧自由端至P点并由静止释放，测出木块做平抛运动的水平位移x。‎ C．改变由静止释放木块的位置，以获取多组L、x数据。‎ D．用作图象的办法，探求L与x的关系，得出结论。‎ ‎(1)A、B两步中，均使弹簧压缩到同一点P的目的是_________________________；‎ ‎(2)本实验中，是否必须测出图中h的具体数值？________(填“是”或“否”)；‎ ‎(3)实验小组根据测得的数据，作出L－x2图象如图实Ⅴ－9所示，据此，实验小组便得出结论：摩擦力对木块做的功与木块滑上木板时的初速度平方成正比。请写出其推理过程：_____________________。‎ 答案　(1)保证木块做平抛运动的初速度与木块滑上木板时的初速度相等　(2)否　(3)见解析 解析　‎ ‎ ‎