高中物理实验知识点专题讲解6---探究动能定理 含答案

高中物理实验知识点专题讲解

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探究动能定理

探究动能定理

探究动能定理最简单的实验方法就是“自由落体法”(装置与验证机械能守恒定律相同)，而这里将介绍另外一种常见的探究动能定理方法－－橡皮筋木板法．

【实验目的】

用实验方法探究动能定理

【实验原理】

外力对物体所做功等于物体动能增量。

实验中，可以通过改变橡皮筋的根数，达到改变外力做功；通过打电计时器记录物体运动，分析物体的速度，从而得到它的动能增量；当然也可以直接利用光电门测出物体获得的速度

【实验器材】

打电计时器，物体，电源，橡皮筋（保证近似相同），木板（或：汽垫导轨，光电计时装置）

【实验步骤】

1．按图把实验器材安装好，并平衡摩擦力。（调平垫导轨）

2．用一根橡皮筋套住物块，拉至某位置O，接通电源，放开物块，打点计时器在纸带上打下一系列点，取下纸带，在纸带上写上编号。

3．改变橡皮筋根数，从同一位置O，释放物块，得到一系列纸带

4．通过纸带数据处理，得到物块的速度

操作中注意的事项：

(1)平衡摩擦力：

将木板放有打点计时器的一端垫高，小车不连橡皮筋，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下运动，如果纸带上打出的点间距是均匀的，说明纸带的运动是匀速直线运动，小车重力沿斜面方向的分力刚好平衡了小车所受的摩擦力．

(2)如何选择纸带上的点距来确定速度：

对纸带上的点进行分析，比较点间距，看若干个相邻两点间的距离是否基本相同，选择相邻距离基本相同的若干个点作为小车匀速运动阶段的点，用这些点计算小车的速度．

用图象法处理实验数据用图象法处理实验数据：：

①根据实验测得的数据，分别作出W －v 曲线、W －v 2曲线、W －v 3曲线……，如果哪一幅图象更接近于过原点的倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系． ②图象法是解决物理问题的常见方法，因为它具有简便直观的特点．

③图象中的曲线形状是根据实验数据，在坐标系中描出各组数据所对应的点，然后用平滑的曲线将各点连起来．

④关于图象中的曲线，一般要弄清楚图线的斜率，图线的截距，图线与坐标轴围成的面积，所表示的物理意义．

【基础练习基础练习】】

1、（2009年安徽卷）【题号：3200002244】21．Ⅲ．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，实验主要过程如下：

（1）设法让橡皮筋对小车做的功分别为W 、2W 、3W 、……；

（2）分析打点计时器打出的纸带，求出小车的速度1v 、2v 、3v 、……；

（3）作出W v ?草图；

（4）分析W v ?图像。如果W v ?图像是一条直线，表明W ∝v ；如果不是直线，可考

虑是否存在2W v ∝、3W v ∝、W ∝以下关于该试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W 、2W 、3W 、……。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1条橡皮筋进行是实验时，橡皮筋

对小车做的功为W ，

用2条、3条、……橡皮筋并在一起进行第2次、第3次、……实验时，橡皮筋对小

车做的功分别是2W 、

3W 、……。

B ．小车运动中会受到阻力，补偿的方法，可以使木板适当倾斜。

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。

D ．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。

2.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M 1；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M 1与小车中砝码质量之和，2221v v ?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。表格中的ΔE 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。

基础练习答案基础练习答案

1.【答案】D 。

2.【答案】（1）小车；接通电源后释放小车；减少钩码的个数

（2）0.619；0.610 （3）图

【解析】（1）略；（2）由各组数据可见规律222112

E m v v ?=

?，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

【实战提升实战提升】】

1．在用下图所示装置做“探究动能定理”的实验时，下列说法正确的是( )

A ．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

C ．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

D．通过打点计时器打下的纸带来测定小车的动能

【答案】AC

【解析】实验通过增加橡皮筋的条数，使橡皮筋对小车做的功成倍增加，故A正确，B错误．小车的速度对应的是橡皮筋对小车做功完毕时的情形，故C正确，D错误． 2．（大兴区2015～2016学年第二学期高一年级期末质量抽测）用如图所示装置做“验证动能定理”的实验。为了保证细绳的拉力等于小车所受的合外力，以下操作必要的是 （选填选项前的字母）。

A．在未挂钩码时，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

B．在悬挂钩码后，将木板的右端垫高以平衡摩擦力

C．调节木板左端定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行

D．所加钩码的质量尽量大一些

【答案】AC

考点：验证动能定理。

3、（2016～2017学年度北京市朝阳区高三年级第一学期期中）（10分）某同学利用如

图甲所示的实验装置探究合力做功与动能变化之间的关系。

（1）除了图示的实验器材，下列器材中还必须使用的是 。

A．直流电源 B．刻度尺C．秒表D．天平（含砝码）

（2）实验中需要通过调整木板倾斜程度以平衡摩擦力，目的是 。

A．为了使小车能做匀加速运动

B．为了增大绳子对小车的拉力

C．为了使绳子对小车做的功等于合外力对小车做的功

（3）为了使绳子的拉力约等于钩码的总重力，需要确保钩码的总质量远远小于小车的质量。实验时，先接通电源，再释放小车，得到图乙所示的一条纸带。在纸带上选

取三个计数点A、B、C，测得它们到起始点O的距离分别为s

A、s

B、s C，相邻计数点间的时间间隔为T，已知当地重力加速度为g，实验时钩码的总质量为m，小车的质量为M。从O到B的运动过程中，拉力对小车做功W= ，小车动能变化量

ΔE

k= 。

（4）另一位同学在本实验中，也平衡了摩擦力，并打出了一条纸带，但钩码的总质量m 没有远远小于小车的质量M ，在处理数据时，他仍然取绳子的拉力约等于钩码的总重力。该同学采用图像法进行数据分析：在纸带上选取多个计数点，测量起始点O 到每个计数点的距离，并计算出每个计数点对应的小车速度v 以及从O 点到该计数点对应的过程中绳子拉力所做的功W ，描绘出v 2-W 图像。请你根据所学的知识分析说明：该同学所描绘的v 2-W 图像应当是直线还是曲线（不考虑空气阻力影响）。

【答案】（1）BD （2分）；（2）C （2分）；（3）mgs B （1分）；21)22C A s s M T

?（

（2分）；（4）该同学所描绘的v 2-W 图像应当是直线。

【解析】（1） 打点计时器需要的是交流电流，故选项A 错误；纸带需要用刻度尺测距离，故选项B 必须使用；计时器是侧时间的，故不需要秒表，选项C 不需要；在计算拉力的功时，需要测拉力，故需要用天平测钩码的质量，故必须使用天平，选项D 也需要；（2）平衡摩擦力的目的是使绳子对小车做的功等于合外力对小车做的个功，选项C 正确；（3）拉力对小车做的功B W mgS =；小车动能的变化量为

2211()222C A K B S S E Mv M T ??==；（4）该同学所描绘的2v W ?图像应当是直线。分析过程如下：

细线的拉力为F ，小车发生的位移为x 时的速度大小为v ，加速度大小为a ， 根据牛顿第二定律，对于小车有：F Ma =，

对于钩码有： mg F ma ?=，

本实验中：W mgx =，

根据匀变速直线运动学公式有： 21(),2W M m v =+或者22v W M m =+ 显然，2v W ∝，可见该同学所描绘的2v W ?图像应当是直线。 考点：探究合力做功与动能变化之间的关系。