實(shí)驗(yàn)五探究動(dòng)能定理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．探究外力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系。2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出做功與物體速度平方的正比關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理與要求[規(guī)律方法總結(jié)]實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(1)將木板一端墊高，使小車(chē)的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)是否做勻速運(yùn)動(dòng)，找到長(zhǎng)木板的一個(gè)合適的傾角。(2)應(yīng)使托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量。(3)小車(chē)質(zhì)量應(yīng)大一些，使紙帶上打的點(diǎn)多一些。命題點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理與操作[典例1]

某實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)器材做“探究做功與物體速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，該小組同學(xué)把沙和沙桶的總重力當(dāng)作小車(chē)受到的合外力。圖1(1)為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差盡量小，在實(shí)驗(yàn)操作中，下面的做法必要的是________(填選項(xiàng)前的字母)。A．實(shí)驗(yàn)前要對(duì)裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作B．實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要先釋放小車(chē)，后接通電源C．在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，所選的兩個(gè)研究點(diǎn)離得越近越好D．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量(2)除實(shí)驗(yàn)裝置中的儀器外，還需要的測(cè)量?jī)x器有________________。AD刻度尺、天平(3)圖2為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶，現(xiàn)選取紙帶中的A、B兩點(diǎn)來(lái)探究功與速度變化的關(guān)系。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T(mén)，重力加速度為g。圖中已經(jīng)標(biāo)明了要測(cè)量的物理量，另外，小車(chē)的質(zhì)量為M，沙和沙桶的總質(zhì)量為m，請(qǐng)你把要探究的結(jié)果用題中給出的字母表達(dá)出來(lái)：__________________________________________________________。圖2

[解析]

(1)實(shí)驗(yàn)前要對(duì)裝置進(jìn)行平衡摩擦力的操作，以保證小車(chē)所受合外力恰好是細(xì)線的拉力，故A正確；實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，若先放開(kāi)小車(chē)，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，由于小車(chē)運(yùn)動(dòng)較快，可能打出來(lái)的點(diǎn)很少，不利于數(shù)據(jù)的采集和處理，故B錯(cuò)誤；在利用紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，所選的兩個(gè)研究點(diǎn)離得越近則測(cè)量誤差越大，故C錯(cuò)誤；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要保證沙和沙桶的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)的質(zhì)量，這樣才能使得沙和沙桶的總重力近似等于細(xì)線對(duì)小車(chē)的拉力，故D正確。

(2)本題的實(shí)驗(yàn)原理是驗(yàn)證沙桶和沙的總重力做的功等于小車(chē)動(dòng)能的增加量，所以要測(cè)沙和沙桶的總質(zhì)量、小車(chē)的質(zhì)量，還要測(cè)紙帶上各點(diǎn)的距離來(lái)求速度，所以還需要的器材有天平和刻度尺。數(shù)據(jù)處理與分析[典例2]

某興趣小組用如圖1所示的裝置驗(yàn)證動(dòng)能定理。圖1(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器供實(shí)驗(yàn)選用：A．電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器B．電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為使紙帶在運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，應(yīng)選擇________(選填“A”或“B”)。(2)保持長(zhǎng)木板水平，將紙帶固定在小車(chē)后端，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔。實(shí)驗(yàn)中，為消除摩擦力的影響，在砝碼盤(pán)中慢慢加入沙子，直到小車(chē)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。同學(xué)甲認(rèn)為此時(shí)摩擦力的影響已得到消除。同學(xué)乙認(rèn)為還應(yīng)從盤(pán)中取出適量沙子，直至輕推小車(chē)觀察到小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)。看法正確的同學(xué)是________(選填“甲”或“乙”)。B乙(3)消除摩擦力的影響后，在砝碼盤(pán)中加入砝碼，接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，松開(kāi)小車(chē)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)，紙帶被打出一系列點(diǎn)，其中的一段如圖2所示，紙帶上A點(diǎn)的速度vA＝________m/s。圖20.31

遠(yuǎn)大于

實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新[典例3]

某高三物理實(shí)驗(yàn)小組利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行“驗(yàn)證動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲所示，氣墊導(dǎo)軌的兩個(gè)底腳間距為L(zhǎng)，右側(cè)底腳距桌面的高度為h，兩光電門(mén)A、B中心的距離為s，重力加速度為g。命題點(diǎn)二實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)(1)用螺旋測(cè)微器測(cè)滑塊上遮光條的寬度d，其示數(shù)如圖乙所示，則d＝________mm。(2)釋放滑塊，測(cè)定遮光條分別經(jīng)過(guò)光電門(mén)A、B的時(shí)間tA、tB，當(dāng)各已知量和測(cè)定量之間滿足表達(dá)式__________________________時(shí)，即說(shuō)明滑塊在光電門(mén)A、B間的運(yùn)動(dòng)過(guò)程滿足動(dòng)能定理。(3)若需要多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，則每次實(shí)驗(yàn)中________________(選填“需要”或“不需要”)將滑塊從同一位置釋放。6.800

不需要(3)由于本實(shí)驗(yàn)中每次都可以計(jì)算出經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度，則不需要滿足每次經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度相同，故不需要每次實(shí)驗(yàn)中將滑塊從同一位置釋放。創(chuàng)新評(píng)價(jià)本題的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在兩處：(1)速度測(cè)量創(chuàng)新：利用光電門(mén)和遮光片的寬度確定小車(chē)經(jīng)過(guò)A、B兩點(diǎn)的速度，替代利用紙帶計(jì)算速度。(2)做功方式創(chuàng)新：滑塊重力做功替代橡皮筋做功。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新[典例4]

某物理小組對(duì)輕彈簧的彈性勢(shì)能進(jìn)行探究，實(shí)驗(yàn)裝置如圖(a)所示：輕彈簧放置在光滑水平桌面上，彈簧左端固定，右端與一物塊接觸而不連接，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并與物塊連接。向左推物塊使彈簧壓縮一段距離，由靜止釋放物塊，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算，可求得彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能。(a)(1)實(shí)驗(yàn)中涉及下列操作步驟：①把紙帶向左拉直②松手釋放物塊③接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源④向左推物塊使彈簧壓縮，并測(cè)量彈簧壓縮量上述步驟正確的操作順序是____________(填入代表步驟的序號(hào))。④①③②(2)圖(b)中M和L紙帶是分別把彈簧壓縮到不同位置后所得到的實(shí)際打點(diǎn)結(jié)果。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50Hz。由M紙帶所給的數(shù)據(jù)，可求出在該紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中物塊脫離彈簧時(shí)的速度為_(kāi)_______m/s。比較兩紙帶可知，________(選填“M”或“L”)紙帶對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中彈簧被壓縮后的彈性勢(shì)能大。(b)1.29M創(chuàng)新評(píng)價(jià)本題的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在兩處：(1)本實(shí)驗(yàn)是把探究功和動(dòng)能變化關(guān)系的實(shí)驗(yàn)拓展為輕彈簧的彈性勢(shì)能與動(dòng)能變化關(guān)系。(2)將橡皮筋改為彈簧。

實(shí)驗(yàn)情景創(chuàng)新[典例5]

某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置探究動(dòng)能定理。固定并調(diào)整斜槽，使它的末端O點(diǎn)的切線水平，在水平地面上依次鋪放好木板、白紙、復(fù)寫(xiě)紙。將小球從不同的標(biāo)記點(diǎn)由靜止釋放，記錄小球到達(dá)斜槽底端時(shí)下落的高度H，并根據(jù)落點(diǎn)位置測(cè)量出小球平拋的水平位移x。甲乙改變小球在斜槽上的釋放位置，進(jìn)行多次測(cè)量，記錄數(shù)據(jù)如下：

高度H(h為單位長(zhǎng)度)h2h3h4h5h6h7h8h9h水平位移x(cm)5.59.111.714.215.917.619.020.621.7(1)斜槽傾角為θ，小球與斜槽之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，斜槽底端離地面的高度為y，不計(jì)小球與水平槽之間的摩擦，小球從斜槽上滾下的過(guò)程中，動(dòng)能定理若成立應(yīng)滿足的關(guān)系式是________________________。(2)以H為橫坐標(biāo)，以_______為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)作圖，如圖乙所示。(3)由第(1)(2)問(wèn)，可以得出結(jié)論________________________________________________________________________________________________________________________________。x2

在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，小球運(yùn)動(dòng)到斜槽底端的過(guò)程中，合外力對(duì)小球所做的功等于小球動(dòng)能的增量

(2)根據(jù)以上分析可知，以H為橫坐標(biāo)，以x2為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)作圖，如題圖乙所示。(3)由第(1)(2)問(wèn)，結(jié)合圖像可得：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)