第5讲 探究动能定理
一、实验目的
通过实验探究外力对物体做功与物体速度的关系． 二、实验原理
探究功与速度变化的关系，可用如实验原理图所示的装置进行实验，通过增加橡皮筋的条数使橡皮筋对小车做的功成倍增加，再通过打点计时器和纸带来测量每次实验后小车的末速度v，最后通过数据分析得出速度变化与功的关系．
三、实验器材
橡皮筋、小车、木板、打点计时器、纸带、铁钉等． 四、实验步骤
1．垫高木板的一端，平衡摩擦力． 2．拉伸的橡皮筋对小车做功： (1)用一条橡皮筋拉小车——做功W； (2)用两条橡皮筋拉小车——做功2W； (3)用三条橡皮筋拉小车——做功3W. 3．测出每次做功后小车获得的速度v.
4．分别用各次实验测得的v和W绘制W－v或W－v、W－v…图象，直到明确得出W和v的关系． 五、实验结论
物体速度v与外力做功W间的关系为W∝v.
对实验原理和操作的考查[学生用书P97]
1．平衡摩擦力的方法是轻推小车，由打在纸带上的点是否均匀判断小车是否匀速运动． 2．测小车速度时，应选纸带上点均匀分布的部分．
3．橡皮筋应选规格一样的．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． 4．小车质量应大一些，使纸带上打的点多一些．
【典题例析】
(高考天津卷)某同学把附有滑轮的长木板平放在实验桌上，将细绳一端拴在小车上，另一端绕过
定滑轮，挂上适当的钩码，使小车在钩码的牵引下运动，以此定量探究绳拉力做功与小车动能变化的关系．此外还准备了打点计时器及配套的电源、导线、复写纸、纸带、小木块等．组装的实验装置如图所示．
2
2
3
1
(1)若要完成该实验，必需的实验器材还有哪些________________．
(2)实验开始时，他先调节木板上定滑轮的高度，使牵引小车的细绳与木板平行．他这样做的目的是下列的哪个________(填字母代号)．
A．避免小车在运动过程中发生抖动 B．可使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰 C．可以保证小车最终能够实现匀速直线运动 D．可在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力
(3)平衡摩擦力后，当他用多个钩码牵引小车时，发现小车运动过快，致使打出的纸带上点数较少，难以选到合适的点计算小车速度．在保证所挂钩码数目不变的条件下，请你利用本实验的器材提出一个解决方法：
________________________________________________________________________.
(4)他将钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，经多次实验发现拉力做功总是要比小车动能增量大一些．这一情况可能是下列哪些原因造成的________(填字母代号)．
A．在接通电源的同时释放了小车 B．小车释放时离打点计时器太近
C．阻力未完全被小车重力沿木板方向的分力平衡掉 D．钩码做匀加速运动，钩码重力大于细绳拉力
[解析] (1)实验要处理纸带测速度，需要刻度尺，要分析动能的变化，必须要测出小车的质量，因此还需要天平．
(2)实验中调节定滑轮高度，使细绳与木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力，如果不平行，细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改变了摩擦力就不能使细绳拉力等于小车所受的合力，D正确．
(3)在所挂钩码个数不变的情况下，要减小小车运动的加速度，可以增大小车的质量，即可在小车上加适量的砝码(或钩码)．
(4)如果用钩码重力做的功当作细绳拉力做的功，发现拉力做的功总比小车动能的增量大，原因可能是阻力未被完全平衡掉，因此拉力做功一部分用来增大小车动能，一部分用来克服阻力做功；也可能是小车做加速运动，因此细绳的拉力小于钩码的重力，钩码的重力做的功大于细绳的拉力做的功，即大于小车动能的增量，C、D项正确．
[答案] (1)刻度尺、天平(包括砝码) (2)D (3)可在小车上加适量的砝码(或钩码) (4)CD
1.某同学用如图甲所示装置做“探究合力的功与动能改变量的关系”的实验，他通过成倍
增加位移的方法来进行验证．方法如下：将光电门固定在水平轨道上的B点，用重物通过细线拉小车，保持小车(带遮光条)和重物的质量不变，通过改变小车释放点到光电门的距离进行多次实验，每次实验时要求小车都由静止释放．
2
(1)用游标卡尺测出遮光条的宽度d，示数如图乙所示，则d＝________cm.
(2)如果每次实验时遮光条通过光电门的时间为t，小车到光电门的距离为s，通过描点作出线性图象来反映合力的功与动能改变量的关系，则所作图象关系是________时才能符合实验要求．
A．s－t C．s－t
(3)下列实验操作中必要的是________．
A．调整轨道的倾角，在未挂重物时使小车能在轨道上匀速运动 B．必须满足重物的质量远小于小车的质量 C．必须保证小车由静止状态开始释放 解析：(1)由游标卡尺读数规则可知，示数为： 10 mm＋0.05×15 mm＝1.075 cm.
1?d?(2)由题意可知，该同学是通过成倍改变位移来改变做功的，设小车所受的合力为F，对小车，有Fs＝m??
2?t?2
1
，即有s∝2，则D正确．
－1
B．s－t D．s－t
－2
2
t(3)由(2)可知，公式中的F是指小车所受到的合力，而且在整个实验过程中保持不变，所以在该实验中不需要平衡摩擦力；同理可知，重物与小车质量的大小关系也不会对实验结果产生影响；若小车释放速度不为0，则会对实验结果产生影响，选项C正确．
答案：(1)1.075 (2)D (3)C
对实验数据处理和误差分析的考查[学生用书P98]
1．数据处理
(1)求小车的速度：利用纸带上点迹均匀的一段测出两点间的距离x，则v＝(其中T为打点周期)． (2)实验数据处理：在坐标纸上画出W－v和W－v图象(“W”以一根橡皮筋做的功为单位)．根据图象得出W∝v.
2．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，测量不准带来的误差．
【典题例析】
(2017·高考北京卷)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“探究动能定理”的实验．
2
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统编版2020高考物理一轮复习 第五章 机械能及其守恒定律 第5讲 探究动能定理学案
