1、实验基础热点突破随堂演练实验五 探究动能定理 实验基础热点突破随堂演练实验基础热点突破随堂演练误差分析 1.误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比。2.没有完全平衡摩擦力或平衡摩擦力时倾角过大也会造成误差。3.利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差。注意事项 1.平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车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匀速运动，找到木板一个合适的倾角。2.选点测速：测小车速度时，纸带上的点应选均匀部分的，也就是选小车做匀速运动状态的。3.橡皮筋的选择：橡皮筋规格
2、相同时，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。实验基础热点突破随堂演练热点一 实验原理与实验操作【例1】“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图1所示，当小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、4条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第4次实验时，橡皮筋对小车做的功记为2W、3W、4W每次实验中小车获得的最大速度可由打点计时器所打出的纸带测出。图1 实验基础热点突破随堂演练(1)关于该实验，下列说法正确的是_。A.打点计时器可以用干电池供电B.实验仪器安装时，可以不平衡摩擦力C.每次实验小车必须从同一位置由静止弹出D.利用每次测
3、出的小车最大速度 vm 和橡皮筋做的功 W，依次作出 Wvm、Wv2m、Wv3m，W2vm、W3vm的图象，得出合力做功与物体速度变化的关系。(2)如图 2 所示，给出了某次实验打出的纸带，从中截取了测量小车最大速度所用的一段纸带，测得 A、B、C、D、E 相邻两点间的距离分别为 AB1.48 cm，BC1.60 cm，CD1.62 cm，DE1.62 cm；已知相邻两点打点时间间隔为 0.02 s，则小车获得的最大速度 vm_m/s。(结果保留两位有效数字)实验基础热点突破随堂演练图2 解析(1)打点计时器必须用交流电源，A 项错误；实验仪器安装时，必须平衡摩擦力，B 项错误；每次实验小车必
4、须从同一位置由静止弹出，C 项正确；根据所得数据分别作出橡皮筋所做的功 W 与小车获得的最大速度或小车获得的最大速度的平方、立方等图象，找出合力做的功与物体速度变化的关系，D 项正确。(2)小车获得的最大速度 vxt1.621020.02m/s0.81 m/s。答案(1)CD(2)0.81 实验基础热点突破随堂演练【变式训练】1.某学习小组做“探究功与速度变化的关系”的实验如图3所示，图中小车是在一条橡皮筋作用下弹出的，沿木板滑行，橡皮筋对小车做的功记为W。当用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(每次实验中橡皮筋伸长的长度都保持一致)，每次实验中小车获得的速度根据打点计
5、时器所打在纸带上的点进行计算。图3 实验基础热点突破随堂演练(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、刻度尺和_(填“交流”或“直流”)电源。(2)实验中，小车会受到摩擦力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦力，则下面操作正确的是()A.放开小车，能够自由下滑即可 B.放开小车，能够匀速下滑即可 C.放开拖着纸带的小车，能够自由下滑即可 D.放开拖着纸带的小车，能够匀速下滑即可(3)若木板水平放置，小车在两条橡皮筋作用下运动，当小车速度最大时，关于橡皮筋所处的状态与小车所在的位置，下列说法正确的是()A.橡皮筋处于原长状态 B.橡皮筋仍处于伸长状态 实验基础热点突破随堂演练(4)在正确
6、操作的情况下，打在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(根据如图4所示的纸带回答)。图4 解析(1)打点计时器使用的是交流电源。(2)平衡摩擦力时，应将纸带穿过打点计时器，放开拖着纸带的小车，小车能够匀速下滑即可，D正确。实验基础热点突破随堂演练(3)水平放置木板，放开小车后，小车做加速运动，当橡皮筋的拉力大小等于摩擦力大小时，小车的速度最大，此时橡皮筋仍处于伸长状态，B正确。(4)从纸带上看，纸带的GJ段打点比较均匀，所以应选用纸带的GJ段进行测量。答案(1)交流(2)D(3)B(4)GJ 实验基础热点突破随堂演练热点二 数据处理与误差分析【例2】如图
7、5所示是某研究性学习小组的同学做探究“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，橡皮筋对小车做功记为W。当用2条、3条、n条完全相同的橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、第n次实验时，每次橡皮筋都被拉伸到同一位置释放。小车每次实验中获得的速度可以由打点计时器所打的纸带测出，图6甲为某次实验中打出的纸带。图5 实验基础热点突破随堂演练(1)除了图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材有_。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是_。(3)每次实验得到的纸带上的点分布并不都是均匀的，为了测量小车最终获得的末速度，应选用纸带的
8、_部分进行测量。(4)下面是本实验的数据记录及数据处理表。实验基础热点突破随堂演练从理论上讲，橡皮筋做的功Wn与物体获得的速度vn之间的关系是Wn_，请你运用表中的数据在如图乙所示的坐标系中作出相应的图象，以验证理论的正确性。实验基础热点突破随堂演练图6 实验基础热点突破随堂演练解析(1)要计算某点速度的大小，必须要测量纸带上计数点间的距离，除了题图中已给出的实验器材和电源外，还需要的器材是刻度尺。(2)实验时为了使小车只在橡皮筋作用下运动，应采取的措施是把放打点计时器一端的木板垫起适当的高度以平衡摩擦力。(3)小车最终做匀速运动，因此应选用相邻两计数点间隔相等的部分。(4)根据动能定理可知，
9、从理论上讲，橡皮筋做的功 Wn 与物体获得的速度 vn 之间的关系是 Wnv2n；以 Wn 为纵坐标，以 v2n为横坐标，用描点作图法作图，图象是过原点的直线，说明 Wnv2n。实验基础热点突破随堂演练答案(1)刻度尺(2)把木板的左端垫起适当的高度以平衡摩擦力(3)每相邻两点之间距离相等(或点分布均匀)(4)v2n 图象如图所示实验基础热点突破随堂演练【变式训练】2.某同学为探究“合力做功与物体动能改变的关系”设计了如下实验，他的操作步骤如下：(1)按如图7所示安装好实验装置，其中小车质量M0.20 kg，钩码总质量m0.05 kg。图7(2)释放小车，然后接通打点计时器的电源(电源频率f5
10、0 Hz)，打出一条纸带。实验基础热点突破随堂演练(3)他在多次重复实验得到的纸带中取出自认为满意的一条，如图8所示。把打下的第一个点记作0，然后依次取若干个计数点，相邻计数点间还有4个点未画出，用厘米刻度尺测得各计数点到0点的距离分别为d10.041 m，d20.055 m，d30.167 m，d40.256m，d50.360 m，d60.480 m，他把钩码的重力(当地重力加速度g10 m/s2)作为小车所受合力，算出打下0点到打下第5个点合力做功W_J(结果保留三位有效数字，重力加速度g取10 m/s2)，打第5个点时小车的动能Ek_(用相关数据前字母列式)，把打下第5点时小车的动能作为
11、小车动能的改变量，算得Ek0.125 J。图8 实验基础热点突破随堂演练(4)此次实验探究的结果，他没能得到“合力对物体做的功等于物体动能的增量”，且误差很大。通过反思，他认为产生误差的原因如下，其中正确的是_。A.钩码质量太大，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 B.没有平衡摩擦力，使得合力对物体做功的测量值比真实值偏大太多 C.释放小车和接通电源的顺序有误，使得动能增量的测量值比真实值偏小 D.没有使用最小刻度为毫米的刻度尺测距离也是产生此误差的重要原因 实验基础热点突破随堂演练解析 若用钩码的重力作为小车所受的合力，则 F 合mg0.5 N，从 0 点到打第 5 点时水平位移 x
12、d50.360 m，所以 WF 合x0.50.360 J0.180 J。打第 5 点时小车动能 Ek12Mv25，v5d6d42t，式中 t 为 5 个时间间隔，即 t5f，故 EkMf2200(d6d4)2。从该同学的实验操作情况来看，造成很大误差的主要原因是把钩码的重力当成了小车的合力和实验前没有平衡摩擦力，故选项 A、B 正确；C、D 两个选项中提到的问题不能对实验结果造成重大影响，故不选 C、D。答案(3)0.180 Mf2200(d6d4)2(4)AB实验基础热点突破随堂演练热点三 实验的改进与创新 1.实验器材及装置的改进 实验基础热点突破随堂演练2.数据测量的改进3.实验方案的改
13、进 利用自由落体运动探究功和动能的关系。实验基础热点突破随堂演练【例3】某学习小组利用如图9所示的装置验证动能定理。图9 实验基础热点突破随堂演练(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x 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t1和t2，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”)。实验基础热点突破随堂演练解析(1)两光电门中心之间的距离x70.30 c
14、m20.30 cm50.00 cm。(2)由于该实验验证的是动能定理，故还需要知道滑块、挡光条和拉力传感器的总质量。(3)由于拉力可以通过拉力传感器的读数直接得到，故不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。答案(1)50.00(2)滑块、挡光条和拉力传感器的总质量M(3)否 实验基础热点突破随堂演练【变式训练】3.(2016河南三门峡模拟)某学习小组在“探究功与速度变化关系”的实验中采用了如图10所示的实验装置。图10(1)将气垫导轨接通气泵，通过调平螺丝调整气垫导轨使之水平，检查是否调平的方法是_。实验基础热点突破随堂演练(2)如图11所示，游标卡尺测得遮光条的
15、宽度d cm。实验时，将橡皮条挂在滑块的挂钩上，向后拉伸一定的距离，并做好标记，以保证每次拉伸的距离恒定。现测得挂一根橡皮条时，滑块弹离橡皮条后，经过光电门的时间为t，则滑块最后匀速运动的速度表达式为 (用字母表示)。图11(3)逐根增加橡皮条，记录每次遮光条经过光电门的时间，并计算出对应的速度。则画出的Wv2图象应是_。实验基础热点突破随堂演练解析(1)检查导轨是否水平的方法：将滑块轻放在气垫导轨上，看其是否滑动(或将滑块轻放在气垫导轨上，轻推滑块看是否匀速运动)。(2)d5 mm0.05 mm105.50 mm0.550 cm滑块匀速运动的速度 vdt。(3)由动能定理可知，W12mv2，
16、故画出的 Wv2 图象应是过坐标原点的一条倾斜直线。实验基础热点突破随堂演练答案(1)将滑块轻置于气垫导轨之上，看其是否滑动；或将滑块轻置于气垫导轨之上，轻推滑块看是否匀速运动(其他方法正确同样得分)(2)0.550 dt (3)过坐标原点的一条倾斜直线实验基础热点突破随堂演练1.2014天津理综，9(2)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系。此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等。组装的实验装置如图12所示。图12 实验基础热点突破随堂演练
17、若要完成该实验，必需的实_。实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行。他这样做的目的是下列的哪个 (填字母代号)。A.避免小车在运动过程中发生抖动 B.可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C.可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D.可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力 平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度。在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法：_。实验基础热点突破随堂演练他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大
18、一些。这一情况可能是下列哪些原因造成的 (填字母代号)。A.在接通电源的同时释放了小车 B.小车释放时离打点计时器太近 C.阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D.钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力 实验基础热点突破随堂演练解析 根据实验原理可知，需要验证 mgx12Mv2，同时根据运动学规律可知，此实验中需要测量钩码质量、小车质量和位移，故还需要的器材有：刻度尺和天平；分析小车受力可知，在平衡摩擦力的基础上，使细绳与木板平行是为了让细绳的拉力充当小车所受合外力，故选项 D 正确；纸带上打出的点较少，说明小车的加速度过大(即小车过快)，故可知减小钩码质量或增加小车质量(在小车上加上
19、适量的砝码)；在此实验中，根据牛顿第二定律可知，钩码的重力大于细绳的拉力，而实验中用重力代替拉力会导致拉力做功大于小车动能增量；如果实验未平衡或未完全平衡摩擦力也会导致拉力做功大于动能增量，故选项 C、D 正确。答案 刻度尺、天平(包括砝码)D 可在小车上加适量的砝码(或钩码)CD实验基础热点突破随堂演练2.(2016浙江台州期末)如图13所示，某同学在做“探究功与速度变化的关系”的实验。当小车在1条橡皮筋的作用下沿木板滑行时，橡皮筋对小车做的功记为W；当用2条、3条、橡皮筋重复实验时，设法使每次实验中橡皮筋所做的功分别为2W、3W、。图13(1)图中电火花计时器的工作电压是 V的交变电流；(
20、2)实验室提供的器材如下：长木板、小车、橡皮筋、打点计时器、纸带、电源等，还缺少的测量工具是 ；实验基础热点突破随堂演练(3)图中小车上有一固定小立柱，下图给出了4种橡皮筋与小立柱的 套 接 方式，为 减小 实 验 误差，你 认为 最 合 理的 套 接 方式是 ；实验基础热点突破随堂演练(4)在正确操作的情况下，某次所打的纸带如图14所示。打在纸带上的点并不都是均匀的，为了测量橡皮筋做功后小车获得的速度，应选用纸带的 部分进行测量(根据下面所示的纸带回答)，小车获得的速度是 m/s。(计算结果保留两位有效数字)图14 实验基础热点突破随堂演练解析(1)电火花计时器的工作电压是 220 V 的交变电流；(2)用打点计时器打出纸带后，记录了位置和时间，如果计算速度还需要测出位移，故需要刻度尺；(3)实验的操作要求是使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能，为避免橡皮筋与立柱之间相互作用，只有A符合要求；(4)使橡皮筋的弹性势能全部转化为小车的动能后，小车做匀速运动，纸带 GJ 符合要求，由 vxT得 v0.65 m/s。答案(1)220(2)刻度尺(3)A(4)GJ 0.65