實驗五探究動能定理實驗解讀·核心突破分類研析·拓展提升實驗解讀·核心突破●注意事項1.平衡摩擦力.由于我們用繩的拉力確定對小車做的功,因此應設法排除其他力的影響,實際操作中是采用把木板的一端墊高,用小車重力的分力和阻力平衡的方法來消除阻力的影響.2.盡量減小小車的加速度.因為砝碼和小盤拉著小車加速運動時,砝碼和小盤處于失重狀態,小車受到的拉力小于砝碼和小盤的總重力.為減小這一系統誤差,應使小車的加速度盡量小,也就是實驗中必須滿足砝碼和小盤的總質量遠小于小車的質量.誤差分析1.實驗中我們把拉力對小車做的功與砝碼和小盤總重力所做的功認為是一樣的,但實際上二者并不相同,這是因為砝碼和小盤的總重力與繩的拉力是不一樣的.2.在m?M時,細繩的拉力近似等于砝碼和小盤的總重力;m越大,誤差越大.因此實驗中應使小車的質量遠大于砝碼和小盤的總質量.常規實驗類型一分類研析·拓展提升[例1](2019·江蘇卷,10)某興趣小組用如圖1所示的裝置驗證動能定理.解析:(1)電磁打點計時器打點計時時振針與紙帶之間的摩擦較大,電火花打點計時器是電磁脈沖產生的電火花在紙帶上打點,紙帶所受阻力較小,故選B項.答案:(1)B

(1)有兩種工作頻率均為50Hz的打點計時器供實驗選用:A.電磁打點計時器B.電火花打點計時器為使紙帶在運動時受到的阻力較小,應選擇

(選填“A”或“B”).

(2)保持長木板水平,將紙帶固定在小車后端,紙帶穿過打點計時器的限位孔.實驗中,為消除摩擦力的影響,在砝碼盤中慢慢加入沙子,直到小車開始運動.同學甲認為此時摩擦力的影響已得到消除.同學乙認為還應從盤中取出適量沙子,直至輕推小車觀察到小車做勻速運動.看法正確的同學是

(選填“甲”或“乙”).

解析:(2)由于剛開始運動,拉力克服最大靜摩擦力,而最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力,故平衡摩擦力的兩種說法中,乙同學正確.答案:(2)乙(3)消除摩擦力的影響后,在砝碼盤中加入砝碼.接通打點計時器電源,松開小車,小車運動.紙帶被打出一系列點,其中的一段如圖2所示.圖中紙帶按實際尺寸畫出,紙帶上A點的速度vA=

m/s.

答案:(3)0.31(0.30～0.33都算對)答案:(4)遠大于[例2]

(2019·陜西西安模擬)某實驗小組采用如圖(甲)所示的裝置探究功與速度變化的關系.(1)下列敘述正確的是

.

A.每次實驗必須設法算出橡皮筋對小車做功的具體數值B.每次實驗中,橡皮筋拉伸的長度沒有必要保持一致C.放小車的長木板應該盡量使其水平D.先接通電源,再讓小車在橡皮筋的作用下彈出答案:(1)D

(2)實驗中,某同學得到了一條如圖(乙)所示的紙帶.這條紙帶上的點距并不均勻,下列說法正確的是

.

A.紙帶的左端是與小車相連的B.紙帶的右端是與小車相連的C.利用E,F,G,H,I,J這些點之間的距離來確定小車的速度D.利用A,B,C,D這些點之間的距離來確定小車的速度解析:(2)紙帶右端密集,故紙帶的右端是與小車相連的,要測量最大速度,應該選用點跡間距均勻的部分,即應選用紙帶的A,B,C,D部分進行測量,故B,D正確,A,C錯誤.答案:(2)BD

(3)實驗中木板略微傾斜,這樣做

.

A.是為了釋放小車后,小車能勻加速下滑B.是為了增大小車下滑的加速度C.可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功D.可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動解析:(3)使木板傾斜,使小車受到的摩擦力與小車所受重力沿木板的分力抵消,在不施加拉力時,小車在斜面上受到的合力為零而在斜面上靜止或做勻速直線運動;小車與橡皮筋連接后,小車所受到的合力等于橡皮筋的拉力,橡皮筋對小車做的功等于合外力對小車做的功,故A,B錯誤,C,D正確.答案:(3)CD(4)若根據多次測量數據畫出的W-v圖象如圖(丙)所示,根據圖線形狀,可知對W與v的關系符合實際的是圖(丙)中的

.

解析:(4)由于實際中W與v2成正比,因此作出的W與v的圖象應該是向上彎曲的曲線,故C正確,A,B,D錯誤.答案:(4)C1.(2019·浙江余姚中學期中)紅梅和秀麗同學在“探究功與速度變化的關系”實驗中,采用如圖(甲)所示裝置,水平正方形桌面距離地面高度為h,將橡皮筋的兩端固定在桌子邊緣上的兩點,將小球置于橡皮筋的中點,向左移動距離s,使橡皮筋產生形變,由靜止釋放后,小球飛離桌面,測得其平拋的水平射程為L.改變橡皮筋的條數,重復實驗.題組訓練解析:(1)實驗中應保證每根橡皮筋的形變量相等,則每根橡皮筋彈力做的功相等,以使橡皮筋對小球做功成倍數增加,因此小球每次釋放的位置到桌子邊緣的距離s要相同.(1)實驗中,小球每次釋放的位置到桌子邊緣的距離s應

(選填“不同”“相同”或“隨意”).

答案:(1)相同(2)取橡皮筋對小球做功W為縱坐標,為了在坐標系中描點得到一條直線,如圖(乙)所示,應選

(選填“L”或“L2”)為橫坐標.若直線與縱軸的截距為b,斜率為k,可求小球與桌面間的動摩擦因數為

(使用題中所給符號表示).

2.如圖1所示,用質量為m的重物通過滑輪牽引小車,使它在長木板上運動,打點計時器在紙帶上記錄小車的運動情況.利用該裝置可以完成“探究動能定理”的實驗.解析:(1)打點計時器是一種使用交流電源的儀器,選項A錯誤,B正確.(1)打點計時器使用的電源是

(選填選項前的字母).

A.直流電源 B.交流電源答案:(1)B解析:(2)平衡摩擦力和其他阻力的正確操作方法是墊高長木板固定打點計時器的一端,若小車拖著的紙帶打點間距相等,則表明小車在長木板上做勻速運動,此時重力沿斜面向下的分力正好平衡摩擦力和其他阻力.(2)實驗中,需要平衡摩擦力和其他阻力.正確操作方法是

(選填選項前的字母).

A.把長木板右端墊高B.改變小車的質量在不掛重物且

(選填選項前的字母)的情況下,輕推一下小車,若小車拖著紙帶做勻速運動,表明已經消除了摩擦力和其他阻力的影響.

A.計時器不打點B.計時器打點答案:(2)A

B(3)接通電源,釋放小車,打點計時器在紙帶上打下一系列點,將打下的第一個點標為O.在紙帶上依次取A,B,C,…,若干個計數點,已知相鄰計數點間的時間間隔為T.測得A,B,C,…,各點到O點的距離為x1,x2,x3,…,如圖2所示.實驗中,重物質量遠小于小車質量,可認為小車所受的拉力大小為mg,從打O點到打B點的過程中,拉力對小車做的功W=

,打B點時小車的速度v=

.

(4)以v2為縱坐標,W為橫坐標,利用實驗數據作出如圖3所示的v2-W圖象.由此圖象可得v2隨W變化的表達式為

.根據功與能的關系,動能的表達式中可能包含v2這個因子;分析實驗結果的單位關系,與圖線斜率有關的物理量應是

.

答案:(4)v2=0.008+4.7W質量(5)假設已經完全消除了摩擦力和其他阻力的影響,若重物質量不滿足遠小于小車質量的條件,則從理論上分析,圖4中正確反映v2-W關系的是

.

答案:(5)A創新實驗類型二[例3](2016·全國Ⅱ卷,22)某物理小組對輕彈簧的彈性勢能進行探究,實驗裝置如圖(甲)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,紙帶穿過打點計時器并與物塊連接,向左推物塊使彈簧壓縮一段距離,由靜止釋放物塊,通過測量和計算,可求得彈簧被壓縮后的彈性勢能.解析:(1)啟動打點計時器前,應把紙帶拉直以減小因紙帶受到摩擦力而產生的誤差.實驗時應先接通打點計時器的電源,再釋放物塊.故正確的操作順序是④①③②.(1)實驗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接通打點計時器電源④向左推物塊使彈簧壓縮,并測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).

答案:(1)④①③②(2)圖(乙)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際打點結果.打點計時器所用交流電的頻率為50Hz.由M紙帶所給的數據,可求出在該紙帶對應的實驗中物塊脫離彈簧時的速度為

m/s.比較兩紙帶可知,

(選填“M”或“L”)紙帶對應的實驗中彈簧被壓縮后的彈性勢能大.

答案:(2)1.29

M[例4]

(2019·福建三明調研)如圖所示的裝置,可用于探究恒力做功與動能變化的關系.水平軌道上安裝兩個光電門,光電門1和光電門2的中心距離為s,光電門的寬度為d.滑塊(含力傳感器和寬度很小的擋光片)質量為M.細線一端與力傳感器連接,另一端跨過定滑輪掛上砝碼盤.實驗步驟如下:①先保持軌道水平,通過調整砝碼盤里砝碼的質量來平衡摩擦力,當滑塊做勻速運動時傳感器示數為F0.②增加砝碼質量,使滑塊加速運動,記錄傳感器示數.請回答:(1)該實驗

(選填“需要”或“不需要”)滿足砝碼和砝碼盤的總質量m遠小于M.

解析:(1)該實驗中由于用傳感器記錄了細線拉力大小,即為滑塊所受的實際合力,不是將砝碼和砝碼盤的重力作為滑塊的拉力,故不需要滿足砝碼和砝碼盤的總質量遠小于滑塊的質量.答案:(1)不需要(2)滑塊與水平桌面的動摩擦因數μ=

(用F0,M,重力加速度g來表示).

(3)某次實驗過程中,力傳感器的讀數為F,滑塊通過光電門1和光電門2的擋光時間分別為t1,t2;滑塊通過光電門2后砝碼盤才落地.該實驗需驗證滑塊的動能改變與恒力做功的關系的表達式是

(用題中物理量字母表示).題組訓練1.(2019·河北衡水聯考)某同學用如圖(a)所示的裝置,探究僅在摩擦力做功的條件下,摩擦力做功與物體動能變化的關系.實驗的部分操作如下:按圖(a)所示安裝器材,帶有遮光條的物塊置于水平面上,與彈簧接觸但不連接.用力向左推物塊,將彈簧從原長位置O向左壓縮一定距離,松手讓物塊向右運動,光電計時器記錄下遮光條通過光電門的時間t,測出滑塊停下時到光電門的水平距離x.答案:(1)成正比(1)若光電門固定在O點(遮光條經過光電門時彈簧恰處于原長),多次改變釋放時滑塊到光電門的距離,得到多組數據,該同學處理數據時,得到如圖(b)所示的x和的關系圖線.通過推理分析,可以得出:通過O點后,摩擦力對物塊做功大小與其動能變化大小

(選填“成正比”“成反比”或“不確定”).

答案:(2)圖(b)圖(c)2.(2019·湖南長郡中學月考)某實驗小組用如圖所示的裝置探究功和速度變化的關系:將小鋼球從固定軌道傾斜部分不同位置由靜止釋放,經軌道末端水平飛出,落到鋪著白紙和復寫紙的水平地面上,在白紙上留下點跡,為了使問題簡化,小鋼球在離傾斜軌道底端的距離分別為L,2L,3L,…處釋放,這樣在軌道傾斜部分合外力對小鋼球做的功就可以分別記為W0,2W0,3W0,…(1)為了減小實驗誤差需要進行多次測量,在L,2L,3L…處的每個釋放點都要讓小鋼球重復釋放多次,在白紙上留下多個點跡.那么,確定在同一位置釋放的小鋼球在白紙上的平均落點位置的方法是

.

解析:(1)從斜槽上同一位置靜止滾下,由于存在誤差落于地面紙上的點跡,形成不完全重合的記錄痕跡,利用盡可能小的圓圈住所有落點,圓心即為平均落點的位置.答案:(1)