实验五 探 究 动 能 定 理
[集训冲关]
1．“探究功与速度变化的关系”的实验装置如图所示，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。
(3)接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点， 将打下的第一个点标为 O。在纸带上依次取 A、B、C、„若 干个计数点，已知相邻计数点间的时间间隔为 T。测得 A、B、 C、„各点到 O 点的距离为 x1、x2、x3、„，如图 2 所示。
实验中，重物质量远小于小车质量，可认为小车所受的拉力 大小为 mg。 从打 O 点到打 B 点的过程中，拉力对小车做的功 W＝______，打 B 点时小车的速度 v＝______。
2 v v 功 n n [答案] 如下表 1.0 1.00 第1次 W 2.数据处理的方法 第 2 次 2W 1.40 1.96 第 3 次 3W 1.50 2.25 因完全相同的橡皮筋，拉伸相同的长度，故橡皮筋对小车 第 4 次 4W 2.00 4.00 做的总功与橡皮筋条数成正比。 第 5 次 5W 2.25 5.06
(1)挂钩码前，为了消除摩擦力的影响，应调节木板右侧的高度， 直至向左轻推小车观察到________________。 (2)挂上钩码，按实验要求打出的一条纸带如图 2 所示。选择某 一点为 O， 依次每隔 4 个计时点取一个计数点。 用刻度尺量出相 邻计数点间的距离 Δx，记录在纸带上。计算打出各计数点时小 车的速度 v，其中打出计数点“1”时小车的速度 v1＝_____m/s。
(1)打点计时器使用的电源是________(选填选项前的字母)。 A．直流电源 B．交流电源 (2) 实验中，需要平衡摩擦力和其他阻力，正确操作方法是 ________(选填选项前的字母)。 A．把长木板右端垫高 B．改变小车的质量 在不挂重物且________(选填选项前的字母)的情况下， 轻推一 下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦 力和其他阻力的影响。 A．计时器不打点 B．计时器打点
解析：(1)电火花计时器使用 220 V、50 Hz 的交流电源，所 以选项 B 正确。 (2)从 O 点到 B 点，重物的重力做功 WG＝mgh＝1.00×10×0.7776 J≈7.78 J
－2 85.76 － 70.18 × 10 hAC B 点的速度 vB＝ 2T ＝ m/s 2×0.02
(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∝
2 v n ________ ， 请你根据表中测定的数据在
如图所示的坐标系中作出相应的图像 验证理论的正确性。
3.利用图像探究物理量间的关系 (1)利用图像探究物理量间的关系时，首先确定横、纵坐标 轴对应的物理量及单位。 (2)根据表中数据确定横、纵坐标轴的标度。 (3)认真描绘各坐标点。 (4)连线时要注意连线原则，偏离直线较远的点要舍去。
(4)以 v2 为纵坐标，W 为横坐标，利用实验数据做出如图 3 所示 的 v 2W 图像。由此图像可得 v2 随 W 变化的表达式为________。 根据功与能的关系，动能的表达式中可能包含 v2 这个因子；分析 实验结果的单位关系，与图线斜率有关的物理量应是________。
(5)假设已经完全消除了摩擦力和其他阻力的影响，若重物质量 不满足远小于小车质量的条件，则从理论上分析，图 4 中正确 反映 v2W 关系的是________。
实 验 五 探 究 动 能 定 理
一、实验目的 1．探究外力对物体做功与物体速度变化的关系。 2．通过实验数据分析，总结出做功与物体速度平方的正 比关系。 二、实验器材 小车(前面带小钩)、100～200 g 砝码、 长木板 及两侧适 当的对称位置钉两个铁钉、 打点计时器 及纸带、学生电源及 导线(若使用电火花计时器不用学生电源)、 5～6 条相同规格的
2
M 不变，速度虽然增大，但斜率不变，选项 A 正确。 x3－x1 答案：(1)B (2)A B (3)mgx2 2T
(4)v2＝4.7W(4.5W～5.0W 均认为正确) 质量 (5)A
突破点(二)
数据处理与误差分析
[例 2] 如图所示装置，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。橡皮筋对 小车做的功记为 W。当把 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 点计时器所打出点的纸带测出。 (1) 除 了 图 中 已 给 出 的 实 验 器 材 外 ， 还 需 要 的 器 材 有 学生电源、导线、复写纸，刻度尺 。 ________________________________
1.39(1.38～1.40 均正确) m/s(结果保留三位有效数字)。 速度为_____________________
2.利用纸带确定小车的末速度 1橡皮筋恢复原长时小车已匀速，故应利用纸带上间距相 等的部分计算小车速度。 x 2利用 v＝ t 计算小车的速度，为减小测量误差，所选的范 围应尽量长些，如本题可选 BE 段。 3注意刻度尺的精确度、估读及单位，注意对结果有效数 字的要求。
－2 1.62 × 10 x (2)小车获得的最大速度 vm＝ t ＝ 0.02 m/s＝0.81 m/s。
答案：(1)CD
(2)0.81
2．(2017· 北京高考)如图 1 所示，用质量为 m 的重物通过滑轮牵引 小车，使它在长木板上运动，打点计时器在纸带上记录小车的 运动情况。利用该装置可以完成实验，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．利用每次测出的小车最大速度 vm 和橡皮筋做的功 W，依次 作出 Wvm、Wvm2、Wvm3、W2vm、W3vm、„的图像，得出 合力做功与物体速度变化的关系 (2)如图所示，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 AB＝1.48 cm，BC＝1.60 cm，CD＝1.62 cm， DE＝1.62 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)
(3)将钩码的重力视为小车受到的拉力， 取 g＝9.80 m/s2， 利用 W 1 2 ＝mgΔx 算出拉力对小车做的功 W。 利用 Ek＝2Mv 算出小车动 能，并求出动能的变化量 ΔEk。计算结果见下表。
1.实验器材的选用 做应用电磁打点计时器打纸带的实验时， 与打点计时器相关的 器材，如：学生电源、导线、复写纸、纸带必须有，处理纸带 时，为测量计时点间距，还应有刻度尺。
(2)平衡摩擦后，每次实验得到的纸带上的点并不都是均
点距均匀 部 匀的，为了测量小车获得的速度，应选用纸带的_________
分进行测量。
2.数据处理的方法 纸带上点间距相等部分对应橡皮筋松弛后小车获得的 末速度。
(3)下面是本实验的数据记录表，请将第 2 次、第 3 次、„、 第 n 次实验中橡皮筋做的功填写在对应的位置， 并计算 vn 及 vn2， 填入下表。
橡皮 10 个间 10 个间 小车获得 小车速度 筋做 距的距 距的时 的速度 的平方 的功 离 x(m) 间 T(s) vn(m/s) vn2(m2/s2) 0.200 0.2 第1次 W 0.280 0.2 第2次 0.300 0.2 第3次 0.400 0.2 第4次 0.450 0.2 第5次
＝3.895 m/s， 1 B 点的动能 EkB＝2mvB2≈7.59 J 动能的增加量 ΔEk＝EkB－0＝7.59 J。
答案：(1)B (2)7.78 7.59
4．(2017· 江苏高考)利用如图 1 所示的实验装置探究恒力做功与 物体动能变化的关系。小车的质量为 M＝200.0 g，钩码的质 量为 m＝10.0 g，打点计时器的电源为 50 Hz 的交流电。
解析：(1)打点计时器必须用交流电，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、立方等图像，找出合力做的功与物体速度变化的关系，D 项正确。
[集训冲关] 3 ． (2018· 深圳模拟 ) 某同学用如图甲所示装置来探究“动能定 理”，得到一条如图乙所示的纸带，O 点为第一个点，并在 纸带清晰段依次标记了 A、B、C 三个点，用毫米刻度尺测得 各点到 O 点的距离如图，重物质量 m＝1.00 kg。 (1)电火花计时器应选择以下哪种电源______。 A．4～6 V、50 Hz 交流电源 B．220 V、50 Hz 交流电源 (2)从 O 点到 B 点，重物的重力做功 W 重＝______J，动能的 增加量 ΔEk＝______J。(g 取 10 m/s2，以上计算结果均保留 三位有效数字)
橡皮筋 ______、刻度尺。
突破点(一)
实验原理与操作
[例 1] 某实验小组用如“实验图示记心中”所示装置“探 究功与物体速度变化的关系”。 (1)为平衡小车运动过程中受到的阻力， 应该采用下面所述方 C 法中的______( 填入选项前的字母代号)。 A．逐步调节木板的倾斜程度，让小车能够自由下滑 B．逐步调节木板的倾斜程度，让小车在橡皮筋作用下开始 运动 C．逐步调节木板的倾斜程度，给小车一初速度，让其拖着 纸带匀速下滑 D．逐步调节木板的倾斜程度，让拖着纸带的小车自由下滑
解析：(1)打点计时器使用的电源是交流电源，故选 B。 (2)实验中，平衡摩擦力和其他阻力时，应先不挂重物，把长 木板右端适当垫高，在小车后面挂上纸带，接通电源，在打点 计时器打点的情况下，轻推一下小车，给小车一个初速度，若 小车拖着纸带做匀速运动， 则表明已经消除了摩擦力和其他阻 力的影响。 (3)实验中， 可认为小车所受的拉力 F 大小为 mg， 从打 O 点到 打 B 点的过程中，拉力对小车做的功 W＝Fx2＝mgx2。在匀变 速直线运动中， 中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速 xAC x3－x1 度，故 vB＝ 2T ＝ 2T 。 (4)根据图线，关系式写为 v2＝kW＋b，在直线上取两点，如 (1.4×10 － 2,0.07)(8×10 － 2,0.38) ， 代 入 上 式 ， 解 得 k≈4.7 ， b≈0.004， 在作图误差允许的范围内， 表达式可写为 v2＝4.7W。 把功的单位用基本单位表示，J＝N· m＝kg· m2· s－2，容易得出 － 与图线斜率有关的物理量单位为 kg 1， 故与图线斜率有关的物 理量应是质量。
高三物理的实验教学
擦力， 以及没有平衡摩擦力和平衡摩擦力过度对实验有什么影 响； （ ２ ） 为什么实验要求 ｍ 要远 小于 Ｍ 。实验 四、实验 五实 验仪器完全一样 ，只不过数据的处理和分析不一样。 实验二 、 实验三算比较简单 的实验 ， 重点放在实验过程 中那些需要特别注意的关键点 ， 如实验二的弹簧原长应如何 测量 ，为什 么？实验三 的两次实验 中结点 的位置有什么要 求 ，为什么？等等。 电学实验是实验部分的重点 ，一般高考 占 １ ２分 。实验 七、 实验八、实验九要围绕电学实验的核心内容如滑动变阻 器的两种接法、内外接法 、电路的原理、仪器 的选择、误差 的分析以及实物的连接分别突破。实验十、实验十一围绕万 用表 的使用 ，重点放在使用的步骤 ，环节需要特别注意的 ， 如欧 姆调 零 和机械 调零 ，电压 、电流 、电阻 的读数 ， 特 别是
选 考 内容 有两 个实 验 ， 分别是 ： 用 油膜 法估 测分 子 的大 小 ；验 证 动量 守恒定 律 。 实验的内容比较多 ， 本人采用 以下 的复习方法 ， 实践证 明效果 不错 。 二 对 相 关 的实验 进行 归 类
第一类 ： “ 纸带类” 实验。 实验一 ： 研究匀变速直线运动 ； 实验 四：验证牛顿运动定律 ；实验五：探究动能定理；实验 六 ：验证 机械 能守 恒定律 ；这 四个 实验归 为一类 ，这 四个 实 验都用到了纸带 ，只不过纸带的处理方法不同，使学生明确 这 四个 实 验 的 目的 、实验 的原 理和方 法 、实验 的条件 、实 验 现象 、实验 的数 据和实验 的结果 进行深 入解读 、 分 析 、对 比。 第二类 ： 力学实验。实验二 ： 探究弹力 和弹簧伸长的关 系 ；实验 三 ： 验 证力 的平 行 四边形 定则 ，这两个 实 验属 于简
2015届一轮课件实验五 探究动能定理
提 考 能 · 考 题 细 研
2 () 实 验 时 为 了 保 证 滑 块 受 到 的 合 力 与 砂 桶 的 总 重 力 大 小 基 本 相 等 ， 细 沙 和 砂 桶 的 总 质 量 应 满 足 的 实 验 条 件 是 实 验 时 首 先 要 做 的 步 骤 是 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ． _ _ __，
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 做 匀 速 运 动 ， 找 到 木 板 的 一 个 合 适 的 倾 角 ． 2． 测 小 车 速 度 时 ， 纸 带 上 的 点 应 选 均 匀 部 分 的 ， 也 就 是
提 考 能 · 考 题 细 研
图 5－5－5
菜
单
高三一轮总复习·物理
固 考 基 · 实 验 探 究
1 () (多选 )实 验 中 木 板 略 微 倾 斜 ， 这 样 做 A． 是 为 了 使 释 放 小 车 后 ， 小 车 能 匀 加 速 下 滑 B． 是 为 了 增 大 小 车 下 滑 的 加 速 度
平 衡 摩 擦 力
明 考 向 · 两 级 集 训
菜
单
高三一轮总复习·物理
实验数据的处理
固 考 基 · 实 验 探 究
2 (0 1 4 ·
青岛模拟)某 实 验 小 组 采 用 如 图
5－5－5
明 考 向 · 两 级 集 训
所 示 的 装 置 探 究 功 与 速 度 变 化 的 关 系 ， 小 车 在 橡 皮 筋 的 作 用 下 弹 出 后 ， 沿 木 板 滑 行 ． 打 点 计 时 器 工 作 频 率 为 5 0 H z .
实验五探究平抛运动的规律
[例2] 甲、乙两同学在研究平抛运动规律的实验中，各 自让钢球多次沿同一轨道运动，通过描点法画出钢球平抛 运动的轨迹． (1)甲同学在实验中得到A、B、C三点的坐标标记如图实 －5－2甲所示，坐标原点为抛出点，其中________点的位 置或坐标有明显错误，根据你认为正确的数据计算出钢球 平抛的初速度为________(g＝10 m/s2)．
实验五探究平抛运动的规律
(2)乙同学将斜槽轨道末端点取为坐标原点建立了坐标系并 标出了相应坐标数值，如图乙所示，则钢球的半径为 ________cm.
图实－5－2
实验五探究平抛运动的规律
[解析] (1)由图知钢球在 OA、AB、BC 间运动的时间相 等，竖直方向钢球做自由落体运动且 O 点为抛出点，竖 直方向由 h＝12gt2 知 t＝0.1 s，B 点坐标有明显错误，其 y 轴坐标应为 20，由 x＝vt 知平抛初速度为 v＝1.0 m/s.
实验五探究平抛运动的规律
2．数据处理 (1)描轨迹
把白纸从木板上取下来，用三角板过O作与竖直方 向垂直的x轴，将一系列所描的点用平滑的曲线连 接起来．
实验五探究平抛运动的规律
(2)求平抛小球的初速度 ①以 O 点为原点，水平方向为 x 轴，竖直向下方向为 y 轴建立坐标系．
②在平抛小球运动轨迹上选取 A、B、C、D、E 五个点， 测出它们的 x、y 坐标值，记到表格内．
出每个点的坐标值x、y，分别求出小球的初速度，然后
取平均值就得到实验测出的初速度；
实验五探究平抛运动的规律
G．靠目测在纸上画出O点向下的竖直线Oy；
H．将白纸用图钉钉在竖直的木板上，在木板的左上角固 定斜槽． (1)以上实验步骤有错误或不足，需要修改的是 _______________________________________________； (2)以上实验步骤修改后，正确的排列顺序应是 ______________________________________________．
2011版物理一轮精品复习学案：实验五 探究动能定理(必修2)
第5节探究动能定理【考纲知识梳理】【要点名师精解】【例1】（2009广东物理，15，10分）某实验小组利用拉力传感器和速度传感器探究“动能定理”，如图12，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小。
在水平桌面上相距50.0cm的A、B两点各安装一个速度传感器记录小车通过A、B时的速度大小。
小车中可以放置砝码。
（1）实验主要步骤如下：①测量________和拉力传感器的总质量M1;把细线的一端固定在拉力传感器上另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路；②将小车停在C点，__________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度。
③在小车中增加砝码，或_______________，重复②的操作。
（2）表1是他们测得的一组数据，其中M是M1与小车中砝码质量m之和，|v22－v21| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量△E，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B 间所作的功。
表格中△E 3=__________，W 3=________.(结果保留三位有效数字) （3）根据表1，请在图13中的方格纸上作出△E-W 图线。
表1 数据记录表答案：（1）①小车、砝码 ②然后释放小车 ③减少砝码 （2）0.600 0.610 【解析】（1）略；（2）由各组数据可见规律212221v v m E -=∆，可得△E 3=0.600；观察F-W 数据规律可得数值上W=F/2=0.610; （3）在方格纸上作出△E-W 图线如图所示【感悟高考真题】1．（2008广东物理16）某实验小组采用图1-1所示的装置探究“动能定理”，图中小车中可放置砝码，实验中，小车碰到制动装置时，钩码尚未到达地面，打点针时器工作频率为 50 Hz.（1）实验的部分步骤如下：①在小车中放入砝码，把纸带穿过打点计时器，连在小车后端，用细线连接小车和钩码；②将小车停在打点计时器附近，，，小车拖动纸带，打点计时器在纸带上打下一列点，；③改变钩码或小车中砝码的数量，更换纸带，重复②的操作。
实验五 探究动能定理
实验五探究动能定理一、基本原理与操作原理装置图操作要领(1)平衡：垫高木板的一端，平衡摩擦力(2)做功①用一条橡皮筋拉小车——做功W②用两条橡皮筋拉小车——做功2W③用三条橡皮筋拉小车——做功3W(3)小车：靠近打点计时器且接通电源再释放小车；每次小车须由同一位置由静止弹出(4)测速：测出每次做功后小车获得的速度1.利用纸带确定小车的末速度(1)橡皮筋恢复原长时小车已匀速，故应利用纸带上间距相等的部分计算小车速度。
(2)利用v＝xt计算小车的速度，为减小测量误差，所选的范围应尽量长些。
2.绘制图象分别用各次实验的v和W绘出W－v，W－v2，W－v3等关系图象，直到作出的图象是一条倾斜的直线。
注意事项(1)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点。
(2)橡皮筋的选择：橡皮筋规格相同。
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。
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。
教材原型实验命题角度实验原理与基本操作【例1】某学习小组做探究“合力的功和物体速度变化的关系”的实验，图1中小车是在1条橡皮筋作用下弹出，沿木板滑行，这时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，使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由打点计时器所打的纸带测出。
图1(1)除了图中已有的实验器材外，还需要导线、开关、__________(填测量工具)和__________(选填“交流”或“直流”)电源。
(2)实验中，小车会受到摩擦阻力的作用，可以使木板适当倾斜来平衡摩擦阻力，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C.小车在两个铁钉的连线处D.小车已过两个铁钉的连线(4)在正确操作情况下，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，应选用图2中纸带的________部分进行测量。
课件4：实验五 探究动能定理
1
1.60
2
3.60
3
6.00
4
7.00
5
9.20
Δv2/m2·s－2 /
0.04 0.09 0.15 0.18 0.23
❖ 请以Δv2为纵坐标，以s为横坐标在方格纸中作出Δv2 －s图象．若测出小车质量为0.2 kg，结合图象可求 得小车所受合外力的大小为________N；若该同学通 过计算发现小车所受合外力小于测力计读数，明显 超出实验误差的正常范围．你认为主要原因是 ____________________________，实验操作中改进 的措施是______________．
(2)小车获得的最大速度应该用纸带上点间距相
等段求解，在图中纸带上应用 B、D 段求小车的最大
速度．
vm
＝
OD－OB 2T
＝
10.40－7.12×10－2 2×0.02
m/s ＝ 0.82
m/s.
❖ [变式训练] ❖ (多选)在用如图所示装置做“探究功与速度变化的关
系”的实验时，下列说法正确的是( )
❖ 4．开始实验时，小车应靠近打点计时器，并且要先 接通电源再释放小车．
❖ 5．选择小车时，小车质量应适当大一些，使纸带上 打的点多一些．
❖ 【实验改进】 ❖ 1．本实验中物体运动速度可以使用速度传感器直接
采集，比用打点计时器方便快捷且误差较小． ❖ 2．可以把长木板换成气垫导轨，省略平衡摩擦力的
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． ❖ 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.
类型
偶然误 差
系统误 差
产生原因
小车速度的测量误差
高考物理实验复习力学实验(含三年真题及部分答案)
高考实验专题复习一力学实验（附参考答案）实验一《研究匀变速直线运动》本实验是力学实验的重点实验，是力学实验的基础，通过熟练掌握打点计时器的使用，为验证牛顿运动定律、探究动能定理、验证机械能守恒定律做好必要的知识和方法上的准备。
、考查重点:（一）打点计时器的使用（二）毫米刻度尺的使用（三）速度和加速度的求解方法二、注意事项1. 交流电源的电压及频率要符合要求.2 •实验前要检查打点的稳定性和清晰程度，必要时要调节振针的高度和更换复写纸.3 •开始释放小车时，应使小车靠近打点计时器.4 .先接通电源，打点计时器工作后，再放开小车，当小车停止运动时及时断开电源.5.要区别打点计时器打出的点与人为选取的计数点，一般在纸带上每隔四个点取一个计数点, 即时间间隔为T = 0.02 >5 s= 0.1 s.6 •小车另一端挂的钩码个数要适当，避免速度过大而使纸带上打的点太少，或者速度太小, 使纸带上的点过于密集.7.选择一条理想的纸带，是指纸带上的点迹清晰. 适当舍弃开头密集部分，适当选取计数点,弄清楚所选的时间间隔T.8 .测x时不要分段测量，读数时要注意有效数字的要求，计算a时要注意用逐差法，以减小误差.三、经典讲练【例题】（2010广东理综）如图是某同学在做匀变速直线运动实验中获得的一条纸带.（1）已知打点计时器电源频率为50 Hz ,则纸带上打相邻两点的时间间隔为⑵ABCD是纸带上四个计数点，每两个相邻计数点间有四个点没有画出，从图中读出A、B两点间距x= ;C点对应的速度是（计算结果保留三位有效数字）.fl【命题立意】本题主要考查打点计时器、刻度尺的读数、纸带公式、有效数字。
1【规范解答】①T 0.02s②读A、B两点数值: 1.00cm、1.70cm 故：s=1.70cm-1.00cm=0.70cmV c V BD BD 型空1°2m/s 0.100m/s 2t 0.2【答案】①0.02s ②0.70cm；0.100m/s邻两计数点间还有 4个打点（图中未标出），计数点间的距离如图所示. 根据图中数据计算的加速度⑵回答下列两个问题：① 为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有A. 木板的长度L B .木板的质量m i C •滑块的质量m 2 D .托盘和砝码的总质量 m 3E .滑块运动的时间t② ____________________________________________________ 测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是 __________________________________________________________（3）滑块与木板间的动摩擦因数 = ___________ （用被测物理量的字母表示，重力加速度为g ）.与真实值相比，测量的动摩擦因数 _____________ （填偏大”或偏小”）解析：⑴ 逐差法"求解：S 4-S i =S 5-S 2=S 6-S 3=3aT 2⑶对整体列牛顿第二定律，m 3g- ym g=（m 2+m 3）a答案 （1）0. 495 m/s 2〜0. 497 m/s 2 （2）①CD ②天平 （3）网_（m2+m3）a 偏大m 2g五、真题训练1. （2013浙江）如图所示，装置甲中挂有小桶的细线绕过定滑轮，固定在小车上；装置乙中橡皮 筋的一端固定在导轨的左端，另一端系在小车上。
高考物理一轮复习第五章实验五验证机械能守恒定律讲义
验证机械能守恒定律一、实验目的验证机械能守恒定律。
二、实验器材铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源(交流4～6 V)、纸带(数条)、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带纸带夹)。
突破点(一) 实验原理与操作[例1] 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz ，依次打出的点为0,1,2,3,4，…，n 。
则：(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为____________、____________、____________，必须计算出的物理量为____________、____________，验证的表达式为____________________。
(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是______(填写步骤前面的字母)。
A ．将打点计时器竖直安装在铁架台上B ．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C ．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D ．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E ．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h 1，h 2，h 3，…，h n ，计算出对应的瞬时速度v 1，v 2，v 3，…，v nF ．分别算出12mv n 2和mgh n ，在实验误差允许的范围内看是否相等 [答案] (1)第2点到第6点之间的距离h 26第1点到第3点之间的距离h 13 第5点到第7点之间的距离h 57第2点的瞬时速度v 2 第6点的瞬时速度v 6mgh 26＝12mv 62－12mv 22 (2)ADBCEF[由题引知·要点谨记]1.实验原理的理解[对应第1题] 1两种验证方法①利用起始点和第n 点计算。
代入gh n 和12v n 2，如果在实验误差允许的条件下，gh n ＝12v n 2，则能验证机械能守恒定律。
②任取两点计算A 、B ，测出h AB ，算出gh AB 。
b.算出12v B 2－12v A 2的值。
一轮复习 实验五 研究合外力做功和动能变化的关系
实验五研究合外力做功和动能变化的关系考纲解读 1.通过实验探究力对物体做功与物体动能变化的关系.2.通过分析论证和实验探究的过程，培养实验探究能力和创新精神．考点一 对实验原理及误差分析的考查例1 科学规律的发现离不开科学探究，而科学探究可以分为理论探究和实验探究．下面我们追寻科学家的研究足迹用实验方法探究恒力做功和物体动能变化的关系．图1(1)某同学的实验方案如图1甲所示，他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为在实验中还应该采取的两项措施是：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________.(2)如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻计数点间的时间间隔为T，距离如图乙所示，则打C点时小车的速度为________；要验证合外力做的功和小车动能变化的关系，除位移、速度外、还要测出的物理量有________________．答案(1)①平衡摩擦力②使钩码的重力远小于小车的重力(2)Δx2＋Δx32T钩码的重力和小车的质量考点二对实验步骤和实验数据处理的考查例2某探究学习小组的同学欲探究“合外力做功与物体动能变化的关系”，他们在实验室组装了一套如图2所示的装置，另外他们还找到打点计时器以及学生电源、天平、刻度尺、细线、复写纸、纸带、小桶和砂子若干．并将小车连接上纸带，用细线通过滑轮挂上小砂桶．图2(1)某同学的实验步骤如下：用天平称量小车的质量M和砂与小桶的总质量m.让砂与小桶带动小车加速运动，用打点计时器记录其运动情况，在打点计时器打出的纸带上取两点，测出这两点的间距为L，算出打这两点的速度v1与v2.①本实验装置图(准备放开小车时刻)中有什么缺点或错误？②要完成本实验，还缺哪些重要实验步骤？③本实验认为小车所受合外力等于砂与小桶的总重力，则应控制的实验条件是什么？(2)在实验操作正确的前提下，若挑选的一条点迹清晰的纸带如图3所示，已知相邻两个点间的时间间隔为T ，从A 点到B 、C 、D 、E 、F 点的距离依次为x 1、x 2、x 3、x 4、x 5，则由此可求得纸带上由B 点到E 点所对应的过程中，合外力对小车所做的功W ＝________；该小车动能改变量的表达式为ΔE k ＝________(结果用题中已知物理量的符号表示)；若满足________________，则动能定理得证．图3解析 本题考查探究“恒力做功与物体动能变化的关系”的实验，意在考查学生对该实验的理解．(1)由实验过程以及实验装置图可知，实验装置图中细线与轨道平面应平行；初始时刻，小车应紧靠打点计时器；所缺步骤为：调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动(或平衡摩擦力)；(2)由做功及动能变化量可知，W ＝mg (x 4－x 1)，ΔE k ＝12M [(x 5－x 32T )2－(x 22T )2]，只要满足W ≈ΔE k ，则动能定理得证．答案 (1)①细线与轨道平面应平行；初始时刻，小车应紧靠打点计时器 ②调节轨道的倾斜程度，使小车在无拉力时能在轨道上匀速运动(或平衡摩擦力) ③M ≫m (2)mg (x 4－x 1) 12M [(x 5－x 32T )2－(x 22T )2]或M8T2[(x 5－x 3)2－x 22] W ≈ΔE k 创新实验设计1．本实验中虽然不需计算出橡皮筋每次做功的具体数值，但需计算出每次小车获得的速度，由于距离的测量存在一定误差，使得速度的大小不准确，在此可以安装速度传感器进行实验．2．本实验也可用钩码牵引小车完成，在小车上安装拉力传感器测出拉力的大小，再测出位移的大小，进而确定力做功的多少．例3 某实验小组利用拉力传感器和速度传感器研究“合外力做功与物体动能变化的关系”．如图4所示，他们将拉力传感器固定在小车上，用不可伸长的细线将其通过一个定滑轮与钩码相连，用拉力传感器记录小车受到拉力的大小．在水平桌面上相距50.0 cm 的A 、B 两点(A 、B 两点图中未标出)各安装一个速度传感器，记录小车通过A 、B 时的速度大小．小车中可以放置砝码．图4(1)实验主要步骤如下：①测量__________和拉力传感器的总质量M1；把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连；正确连接所需电路．②将小车停在桌面右端靠近打点计时器处，__________，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力及小车通过A、B时的速度．③在小车中增加砝码，或____________，重复②的操作．(2)表格中是他们测得的几组数据，其中M是M1与小车中砝码质量之和，|v22－v21| 是两个速度传感器记录速度的平方差，可以据此计算出动能变化量ΔE，F是拉力传感器受到的拉力，W是F在A、B间所做的功．表格中ΔE3＝______，W3＝__________.(结果保留三位有效数字)数据记录表(3)图5解析(1)①在实验过程中拉力对小车、砝码和传感器做功使小车、砝码和传感器的动能增加，所以需要测量小车、砝码和拉力传感器的总质量；②通过控制变量法只改变小车的质量或只改变拉力的大小得出不同的数据．(2)通过拉力传感器的示数和AB的长度l，用W＝Fl可计算拉力做的功．(3)利用图像法处理数据，由动能定理W＝12m(v22－v21)可知W与ΔE成正比，作图可用描点法．答案(1)①小车、砝码②接通电源，释放小车③减少钩码(2)0.6000.610(3)如图所示1．在“探究合外力做功和动能变化的关系”的实验中，根据实验数据作出了如图所示的W—v 图像，下列符合实际的是()答案 B解析根据实验探究知道W∝v2，故W—v图像应是开口向上的抛物线的一部分，故B对，A、C、D错．2．某同学用如图6所示的实验装置探究小车动能变化与合外力对它做功的关系．图中A为小车，连接在小车后面的纸带穿过打点计时器B的限位孔，A，B均置于足够长的水平木板上，木板一端带有定滑轮，定滑轮上挂重物P，C为弹簧测力计．不计绳与滑轮的摩擦．实验时，先接通电源再松开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点．图6图7(1)弹簧测力计的读数为________ N.(2)该同学在一条比较理想的纸带上，从点迹清楚的某点开始记为K点，再顺次选取6个点，分别记为0、1、2、3、4、5点，先测量0点到K点的距离x0，之后测量另5个点到0点的距离x.求出6个点对应的速度大小，计算出1、2、3、4、5点与0点之间的速度平方差Δv2＝v2－v20，然后在坐标纸中建立Δv2－x坐标系，并根据测得的数据进行如图7所示的描点．根据图像，小车的加速度大小是________ m/s2，若测出小车质量为0.6 kg，结合图像可求得小车所受合外力的大小为________ N．(结果小数点后保留两位数字)(3)该同学通过计算发现测力计读数大于小车所受合外力，要让弹簧测力计的读数等于小车所受合外力，应该采取的措施是________．(填选项序号)A．增大重物P质量、使P质量远大于小车A质量B．增大小车A质量，使A质量远大于小车P质量C．适当抬高木板右端，平衡摩擦力D．适当抬当木板左端，平衡摩擦力答案(1)2.50 N(2)1.250.75(3)D3．如图8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．图8(1)除了图中已给出的实验器材外，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；(4)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；n n n 据表中测定的数据在如图9所示的坐标系中作出相应的图像验证理论的正确性．图9(6)若在实验中你作出的图线与理论的推测不完全一致，你处理这种情况的做法是______________________________．答案 (1)刻度尺 (2)把木板的末端垫起适当高度以平衡摩擦力 (3)点距均匀 (4)2W 、3W 、4W 、5W (5)v 2n 图像见解析图 (6)分析误差来源，改进实验方案或测量手段，重新进行实验解析 (1)计算小车速度需要测量纸带上的点的距离，要用刻度尺． (2)要让小车在木板上匀速运动，因而木板要倾斜以平衡摩擦力．(3)小车匀速运动时，纸带上的点的间隔均匀．(4)橡皮筋每增加一条，对小车做的功就增加W.(5)纵坐标表示速度的平方，横坐标表示功，利用描点法描出各组数据对应的点，然后用平滑曲线连线作出v2n－W n图像，如图所示．(6)分析误差来源，改进实验方案或测量手段，重新进行实验．4．(2013·四川理综·8(2))如图10所示，某组同学借用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：图10①为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做________运动．②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到图11所示的纸带．纸带上O为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1 s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G.实验时小车所受拉力为0.2 N，小车的质量为0.2 kg.图11请计算小车所受合外力做的功W和小车动能的变化ΔE k，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位).k③实验前已测得托盘质量为7.7×10－3kg，实验时该组同学放入托盘中的砝码质量应为________kg(g取9.8 m/s2，结果保留至小数点后第三位)．答案①匀速直线(或匀速)②0.111 50.110 5③0.015解析①取下细绳与托盘后，当摩擦力恰好被平衡时，小车与纸带所受合力为零，获得初速度后应做匀速直线运动．②由题图可知OF ＝55.75 cm ，再结合v t2＝v 可得打下计数点F 时的瞬时速度v F ＝OG －OE2T＝1.051 m/s 2，故W ＝F ·OF ＝0.111 5 J ，ΔE k ＝12M v 2F≈0.110 5 J.③根据牛顿第二定律有：对小车F ＝Ma ，得a ＝1.0 m/s 2；对托盘及砝码(m ＋m 0)g －F ＝(m ＋m 0)a ，故有m ＝F g －a －m 0＝0.29.8－1.0kg －7.7×10－3 kg ＝0.015 kg5．为了“探究动能改变与合外力做功”的关系，某同学设计了如下实验方案：第一步：把带有定滑轮的木板有滑轮的一端垫起，把质量为M 的滑块通过细绳与质量为m 的带夹重锤跨过定滑轮相连，重锤夹后连一穿过打点计时器的纸带，调整木板倾角，直到轻推滑块后，滑块沿木板向下匀速运动，如图12甲所示．第二步：保持长木板的倾角不变，将打点计时器安装在长木板靠近滑轮处，取下细绳和重锤，将滑块与纸带相连，使纸带穿过打点计时器，然后接通电源，释放滑块，使之从静止开始向下加速运动，打出纸带，如图乙所示．打出的纸带如图丙所示．图12请回答下列问题：(1)已知O 、A 、B 、C 、D 、E 、F 相邻计数点间的时间间隔为Δt ，根据纸带求滑块速度，打点计时器打B 点时滑块速度v B ＝________.(2)已知重锤质量为m ，当地的重力加速度为g ，要测出某一过程合外力对滑块做的功还必须测出这一过程滑块______(写出物理名称及符号，只写一个物理量)，合外力对滑块做功的表达式W 合＝________.(3)算出滑块运动OA 、OB 、OC 、OD 、OE 段合外力对滑块所做的功W 以及在A 、B 、C 、D 、E 各点的速度v ，以v 2为纵轴、W 为横轴建立直角坐标系，描点作出v 2－W 图像，可知该图像是一条________，根据图像还可求得________．答案 (1)x 3－x 12Δt (2)下滑的位移x mgx (3)过原点的直线 滑块的质量M解析 本题考查动能改变与合外力做功的关系，意在考查学生对该实验的理解．(1)由打出的纸带可知B 点的速度为v B ＝x 3－x 12Δt；(2)由做功定义式可知还需要知道滑块下滑的位移，由动能定理可知W 合＝ΔE k ，即mgx ＝ΔE k ；(3)v 2－W 图像应该为一条过原点的直线．。
专题五 实验五：探究动能定理
知所用交变电源的频率为 50 Hz，问：
图 S5－7
图 S5－8
(1)打 B 点时刻， 小车的瞬时速度 vB＝________ m/s.(结果 保留两位有效数字)
(2)实验中，该小组同学画出小车位移 x 与速度 v 的关系图 象如图 S5－9 所示．根据该图形状，某同学对 W 与 v 的关系做 出的猜想，肯定不正确的是______(填写选项字母代号)． A．W∝v2 B．W∝v 1 C．W∝ v D．W∝v3 图 S5－9
1．(2010 年珠海模拟)某同学为探究恒力做功与物体动能变 化的关系，设计了如下实验，他的操作步骤是： A．连接好实验装置(如图 S5－6 所示)．
图 S5－6 B．将质量为200 g的小车拉到打点计时器附近，并按住小车．
C．在质量为 10 g、30 g、50 g 的三种钩码中，他挑选了一 个质量为 50 g 的钩码挂在拉线的挂钩 P 上．
(3)本实验中，若钩码下落高度为 来自1 时合外力对小车所做的功为W0 ， 则当钩码下落h2 时 ， 合外力对小车所做的功为
__________(用 h1 、h2、W0 表示)．
解析：(1)本实验中纸带上相邻两点间的时间间隔 T＝0.1 s，
sAC 小车在B 点的瞬时速度等于AC 段的平均速度，vB＝ 2T ＝0.80 m/s. (2)这里的图象是二次函数或幂函数的图象，如果作出的W －v 曲线是一条直线，表明橡皮筋做的功与小车获得的速度的 关系是正比关系，即W∝v；而本题可能是W∝v2、W∝v3. (3)钩码下落的高度等于小车发生的位移，在合外力一定的 情况下，合外力对小车所做的功与钩码下落的高度成正比．
纸带与木块间的拉力．
图 S5－10
图 S5－11 (1)可以判断纸带的__________(填“左”或“右”)端与木