第三单元 实验与探究实验与探究 第5课实验：探究动能定理实验：探究动能定理 第六章功能关系和机械能功能关系和机械能 知能要求与高考展望知能要求与高考展望知能要求与高考展望知能要求与高考展望1掌握探究功与物体动能掌握探究功与物体动能(主要是速度主要是速度)变化关系的变化关系的实验原理、操作步骤及数据处理方法实验原理、操作步骤及数据处理方法2高考一般注意实验原理及数据处理的考查高考一般注意实验原理及数据处理的考查课课 前前 自自 修修实验原理实验原理合力对物体做正功，物体的动能合力对物体做正功，物体的动能_；合力对；合力对物体做负功，物体的动能物体做负功，物体的动能_；做的功；做的功W和动能变化和动能变化Ek之间较为简洁的关系可能是之间较为简洁的关系可能是_或者，对同或者，对同一物体而言，做的功一物体而言，做的功W和速度变化之间较为简洁的关系可和速度变化之间较为简洁的关系可能是能是_当功与对应的速度变化求出以后，要设法确定它们当功与对应的速度变化求出以后，要设法确定它们之间存在何种数学关系，我们可以借助于各种图象，如之间存在何种数学关系，我们可以借助于各种图象，如Wv或或Wv2等来探讨确定其中的关系等来探讨确定其中的关系.Wv2增大增大减小减小WEk重重 难难 突突 破破 1.实验器材实验器材(打打“”为所需要的为所需要的)电火花计时器电火花计时器纸带纸带交流电源交流电源导线若导线若干干电磁打点计时器电磁打点计时器小车小车长木板长木板刻度尺刻度尺橡皮筋若干橡皮筋若干钉子两根钉子两根细绳细绳2.实验设计实验设计如图，由于每次实验所用的橡皮筋数量都是一条橡如图，由于每次实验所用的橡皮筋数量都是一条橡皮筋的倍数，如果每次实验中都将橡皮筋拉伸相同的长皮筋的倍数，如果每次实验中都将橡皮筋拉伸相同的长度，则每次实验中多条橡皮筋做功也就是一条橡皮筋做度，则每次实验中多条橡皮筋做功也就是一条橡皮筋做功时的倍数，弹力功的大小与橡皮筋的条数成正比即功时的倍数，弹力功的大小与橡皮筋的条数成正比即橡皮筋对小车做的功分别为橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W、同时，小同时，小车获得的速度也可以借助打点计时器打下的纸带求出车获得的速度也可以借助打点计时器打下的纸带求出3实验步骤实验步骤用一条橡皮筋拉小车用一条橡皮筋拉小车做功做功W.用两条橡皮筋拉小车用两条橡皮筋拉小车做功做功2W.用三条橡皮筋拉小车用三条橡皮筋拉小车做功做功3W.测出每次小车获得的速度测出每次小车获得的速度分别用各次实验的分别用各次实验的v和和W绘出绘出vW，v2W，v3W，v W关系图关系图4误差分析误差分析(1)误差的主要来源是橡皮筋的长度、粗细不一，使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橡皮筋的拉力做功W与橡皮筋的条数不成正比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，测量不准利用打上点的纸带计算小车的速度时，测量不准带来误差带来误差5注意事项注意事项(1)平衡摩擦力：将木板一端垫高，使小车重力沿斜平衡摩擦力：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部分的，也就是选小车做匀速运动状态的(3)规格相同：橡皮筋规格相同时，力对小车做的功规格相同：橡皮筋规格相同时，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以一条橡皮筋做的功为单位即可，不必计算出具体数值题题 型型 探探 究究题型一题型一利用橡皮筋做功探究动能定理利用橡皮筋做功探究动能定理【例【例1】 探究力对原来静止的物体做的功与物体获得探究力对原来静止的物体做的功与物体获得的速度的关系，实验装置如图所示，实验的主要过程如下：的速度的关系，实验装置如图所示，实验的主要过程如下：(1)设法让橡皮筋对小车做的功分别为设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W；(3)作出作出Wv草图草图(4)分析分析Wv图象如果图象如果Wv图象是一条直线，表明图象是一条直线，表明Wv；如果不是直线，可考虑是否存在；如果不是直线，可考虑是否存在Wv2、Wv3等等关系关系下列关于该实验的说法中有一项不正确，它是下列关于该实验的说法中有一项不正确，它是_A本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为本实验设法让橡皮筋对小车做的功分别为W、2W、3W.所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在所采用的方法是选用同样的橡皮筋，并在每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致当用每次实验中使橡皮筋拉伸的长度保持一致当用1条橡皮条橡皮筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为筋进行实验时，橡皮筋对小车做的功为W，用，用2条、条、3条条橡皮筋并在一起进行第橡皮筋并在一起进行第2次、第次、第3次次实验时，橡实验时，橡皮筋对小车做的功分别是皮筋对小车做的功分别是2W、3WB小车运动中会受到阻力，补偿的方法：可以使木小车运动中会受到阻力，补偿的方法：可以使木板适当倾斜板适当倾斜C某同学在一次实验中得到一条记录纸带纸带上某同学在一次实验中得到一条记录纸带纸带上打出的点，两端密、中间疏出现这种情况的原因可能打出的点，两端密、中间疏出现这种情况的原因可能是没有使木板倾斜或倾角太小是没有使木板倾斜或倾角太小D根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的根据记录纸带上打出的点，求小车获得的速度的方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算方法是以纸带上第一点到最后一点的距离来进行计算解析：解析：放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开始放开小车之后，小车在橡皮筋的作用下开始加速运动，等到橡皮筋与小车分离之后，小车做匀速直加速运动，等到橡皮筋与小车分离之后，小车做匀速直线运动本实验中测出的速度是小车匀速运动的速度，线运动本实验中测出的速度是小车匀速运动的速度，而不是整个过程的平均速度，因此研究纸带上打下的点而不是整个过程的平均速度，因此研究纸带上打下的点一定是那些均匀分布的点一定是那些均匀分布的点答案：答案：D方法点窍方法点窍：橡皮筋对小车所做功的大小与橡皮筋的：橡皮筋对小车所做功的大小与橡皮筋的条数成正比，计算最大速度要选择点迹均匀处条数成正比，计算最大速度要选择点迹均匀处.题型二题型二利用钩码做功探究动能定理利用钩码做功探究动能定理【例【例2】 在探究在探究“恒力做功和物体动能变化之间恒力做功和物体动能变化之间的关系的关系”的实验中，某同学的实验设计方案如图所示的实验中，某同学的实验设计方案如图所示则：则：(1)该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在该实验用钩码的重力表示小车受到的合外力，在安装时首先要安装时首先要_，其次钩，其次钩码和小车还需要满足的条件是码和小车还需要满足的条件是_(2)实验中，除位移、速度外，还要测出的物理量有实验中，除位移、速度外，还要测出的物理量有_(3)在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为在上述实验中，打点计时器使用的交流电频率为50 Hz.某同学打出的一段纸带如图所示，则小车匀速运动某同学打出的一段纸带如图所示，则小车匀速运动时的速度大小为时的速度大小为_m/s.(计算结果保留三位有效数计算结果保留三位有效数字字)解析：解析：(1)本实验在安装仪器时首先要平衡摩擦力，本实验在安装仪器时首先要平衡摩擦力，其次要减小实验误差，由牛顿第二定律可知其次要减小实验误差，由牛顿第二定律可知mg(Mm)a，即，即a ，只有当，只有当Mm时，时，a .(2)由由(1)可以看出实验中还需要测量的物理量为钩码可以看出实验中还需要测量的物理量为钩码的重力和小车的总质量的重力和小车的总质量(3)由纸带上对应点可以读出小车匀速运动时由纸带上对应点可以读出小车匀速运动时v 1.40 m/s.方法点窍方法点窍：掌握实验的来龙去脉，才能准确无误解：掌握实验的来龙去脉，才能准确无误解题题.答案：答案：(1)平衡小车与木板之间的摩擦力钩码的重平衡小车与木板之间的摩擦力钩码的重力远小于小车的总重力力远小于小车的总重力(2)钩码的重力和小车的总质量钩码的重力和小车的总质量(3)1.40题型三题型三利用自由落体探究动能定理利用自由落体探究动能定理【例【例3】(原创题原创题)物体在空物体在空中下落的过程中，重力做正功，中下落的过程中，重力做正功，物体的动能越来越大，为了物体的动能越来越大，为了“探探究重力做功和物体动能变化的定究重力做功和物体动能变化的定量关系量关系”，我们提供了如图所示，我们提供了如图所示的实验装置的实验装置(1)某同学根据所学的知识结合题图设计了一个本实某同学根据所学的知识结合题图设计了一个本实验情景的命题：验情景的命题：如图如示，测出质量为如图如示，测出质量为m的小钢球在重力的小钢球在重力mg作用下作用下从上端自由下落至光电门产生的从上端自由下落至光电门产生的_，通过光电门，通过光电门时的时的_，试探究重力做的功，试探究重力做的功_与小球动能与小球动能变化量变化量_的定量关系的定量关系请在请在空格处填写物理量的名称和对应符号；空格处填写物理量的名称和对应符号；在在空格处填写数学表达式空格处填写数学表达式(2)某同学根据上述命题进行了如下操作并测出了如下数据：某同学根据上述命题进行了如下操作并测出了如下数据：用天平测出小球的质量为用天平测出小球的质量为0.50 kg.用游标卡尺测出小球的直径为用游标卡尺测出小球的直径为10.0 mm.用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为用刻度尺测出电磁铁下端到光电门的距离为82.80 cm.让让电磁铁先通电，把小球吸在开始端电磁铁先通电，把小球吸在开始端电磁铁断电后，小球自由下落电磁铁断电后，小球自由下落在小球经过光电门的时间内，计时装置记下小球经过光在小球经过光电门的时间内，计时装置记下小球经过光电门所用时间为电门所用时间为2.50103s，由此可算得小球经过光电门的速，由此可算得小球经过光电门的速度为度为_ m/s.计算得出重力做的功为计算得出重力做的功为_ J，小球动能变化量为，小球动能变化量为_ J(g取取9.8 m/s2，结果保留，结果保留3位数字位数字)(3)试根据试根据(2)下好本实验的结论：下好本实验的结论：_.审题突破审题突破：本题考查学生如下思维过程：本题考查学生如下思维过程：(1)如何根如何根据图形结合教材中所学知识据图形结合教材中所学知识(或做过的实验或做过的实验)设计实验情景设计实验情景的命题；的命题；(2)理解实验的操作过程、实验原理，掌握实验理解实验的操作过程、实验原理，掌握实验数据的处理方法；数据的处理方法；(3)得出正确的结论得出正确的结论解析：解析：(1)根据动能定理的思想去填空；根据动能定理的思想去填空；(2)采用极限采用极限思维法去计算速度，再结合以上公式计算，因小球直径思维法去计算速度，再结合以上公式计算，因小球直径对计算的影响很小，故没有考虑结果也正确；对计算的影响很小，故没有考虑结果也正确；(3)结论下结论下成重力做的功与物体动能的变化量成正比也可成重力做的功与物体动能的变化量成正比也可答案：答案：(1)位移为位移为s瞬时速度为瞬时速度为vmgs mv2(2)4.04.064.00(3)在误差允许范围内，重在误差允许范围内，重力做的功等于物体动能的变化量力做的功等于物体动能的变化量方法点窍方法点窍：牢牢把握住万变不离其：牢牢把握住万变不离其“宗宗”平时平时所学的物理规律、实验原理和方法，坚持以本为本，以所学的物理规律、实验原理和方法，坚持以本为本，以纲为纲，突出对实验操作过程和分析方法的研究纲为纲，突出对实验操作过程和分析方法的研究.随随 堂堂 训训 练练在用如图所示的装置做在用如图所示的装置做“探究动能定理探究动能定理”的实验中，的实验中，下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值通过改变橡皮筋的条数改变拉力做功的数值B通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值通过改变橡皮筋的长度改变拉力做功的数值C通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的最大速度程中获得的最大速度D通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过通过打点计时器打下的纸带来测定小车加速过程中获得的平均速度程中获得的平均速度,错解：错解：错选错选B，认为长度增加，认为长度增加N倍，力倍，力F做功也增加做功也增加N倍其实，当长度成倍增大时，夹角也变了，力不会倍其实，当长度成倍增大时，夹角也变了，力不会成倍增大，故无法确定做功与原来的功的关系成倍增大，故无法确定做功与原来的功的关系答案：答案：AC