动能定理探究实验精.ppt

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1、第1页，本讲稿共39页实验六 探究动能定理第2页，本讲稿共39页第一关第一关:基础关基础关 展望高考展望高考基基 础础 知知 识识 一一 实验目的实验目的1.通过实验探究功与物体速度变化的关系通过实验探究功与物体速度变化的关系.2.能够通过实验数据的分析能够通过实验数据的分析,总结出功与物体速度平方的正比关系总结出功与物体速度平方的正比关系.3.通过本实验的探究思路通过本实验的探究思路,体会科学的思维方法体会科学的思维方法.第3页，本讲稿共39页二二 实验原理实验原理如图所示如图所示,小车在橡皮筋的作用下弹出小车在橡皮筋的作用下弹出,沿木板滑行沿木板滑行.当我们用当我们用2条条 3条条同样的橡

2、皮筋进行第同样的橡皮筋进行第2次次 第第3次次实验时实验时,每次实验中橡皮每次实验中橡皮筋拉伸的长度都保持一致筋拉伸的长度都保持一致.那么那么,第第2次次 第第3次次实验中橡皮筋对实验中橡皮筋对小车做的功就是第一次的小车做的功就是第一次的2倍倍 3倍倍如果把第一次实验时橡皮筋如果把第一次实验时橡皮筋的功记为的功记为W,以后各次的功就是以后各次的功就是2W 3W第4页，本讲稿共39页由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出由于橡皮筋做功而使小车获得的速度可以由纸带和打点计时器测出,也可也可以用其他方法测出以用其他方法测出.这样这样,进行若干次测量进行若干次测量,就得到若干组功和

3、速度就得到若干组功和速度的数据的数据.以橡皮筋对小车做的功为纵坐标以橡皮筋对小车做的功为纵坐标,小车获得的速度为横坐标小车获得的速度为横坐标,以第一次以第一次实验时的功实验时的功W为单位为单位,作出作出W-v曲线曲线,即功即功-速度曲线速度曲线.分析这条曲线分析这条曲线,可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系可以得知橡皮筋对小车做的功与小车获得的速度的定量关系.第5页，本讲稿共39页三三 实验器材实验器材小车小车(前面带小钩前面带小钩)长木板长木板,两侧适当的对称位置钉两个铁钉两侧适当的对称位置钉两个铁钉 打点打点计时器及纸带计时器及纸带 学生电源及导线学生电源及导线(使用电火花

4、计时器不用学生电使用电火花计时器不用学生电源源)56条等长的橡皮筋条等长的橡皮筋 刻度尺刻度尺.第6页，本讲稿共39页四四 实验步骤实验步骤1.按上图所示将实验仪器安装好按上图所示将实验仪器安装好,同时平衡摩擦力同时平衡摩擦力.2.先用一条橡皮筋做实验先用一条橡皮筋做实验,用打点计时器和纸带测出小车获得的速度用打点计时器和纸带测出小车获得的速度v1,设此时橡皮筋对小车做的功为设此时橡皮筋对小车做的功为W1,将这一组数据记入表格将这一组数据记入表格.3.用用2条橡皮筋做实验条橡皮筋做实验,实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同实验中橡皮筋拉伸的长度与第一次相同,这这时橡皮筋对小车做的功为时橡皮筋对小

5、车做的功为W2,测出小车获得的速度测出小车获得的速度v2,将数据记入将数据记入表格表格.4.用用3条条 4条条橡皮筋做实验橡皮筋做实验,用同样的方法测出功和用同样的方法测出功和速度速度,记入表格记入表格.第7页，本讲稿共39页5.分析数据分析数据,得出结论得出结论(1)测量小车的速度测量小车的速度:实验获得如下图所示的纸带实验获得如下图所示的纸带,为探究橡皮筋弹力做为探究橡皮筋弹力做功和小车速度的关系功和小车速度的关系,需要测量弹力做功结束时小车的速度需要测量弹力做功结束时小车的速度,即小车即小车做匀速运动的速度做匀速运动的速度,应在纸带上测量的物理量是应在纸带上测量的物理量是A1 A2间的距

6、离间的距离x,小车速度的表达式是小车速度的表达式是 (T为打点计时器的时间间隔为打点计时器的时间间隔).第8页，本讲稿共39页(2)(2)实验数据记录实验数据记录橡皮筋橡皮筋条数条数位移位移x/m时间时间t/s速度速度v(ms1)速度平方速度平方v2(m2s2)第9页，本讲稿共39页(3)实验数据处理及分析实验数据处理及分析:在坐标纸上在坐标纸上(如下图如下图)画出画出W-v和和W-v2图线图线(“W”以一根橡皮筋做的功为单位以一根橡皮筋做的功为单位).第10页，本讲稿共39页(4)实验结论实验结论:从图象可知功与物体速度变化的关系为从图象可知功与物体速度变化的关系为Wv2.第11页，本讲稿共

7、39页第二关第二关:技法关技法关 解读高考解读高考解解 题题 技技 法法 一一 实验数据处理及结论实验数据处理及结论技法讲解技法讲解 探究型实验重点强调的是探究型实验重点强调的是“探究探究”,而不是验证而不是验证.题目带有开放性题目带有开放性,难难度一般不会太大度一般不会太大,回答此类问题回答此类问题:一是要切题一是要切题,就题目要求答题就题目要求答题;二是二是要清楚地表述自己的思想要清楚地表述自己的思想,避免词不达意避免词不达意.因此因此,要理解实验的探究要理解实验的探究方法方法 经历实验探究的过程经历实验探究的过程,重在养成科学探究的习惯重在养成科学探究的习惯,培养科学培养科学探究的能力探

8、究的能力.第12页，本讲稿共39页典例剖析典例剖析 例例1实验实验:“探究功与物体速度变化的关系探究功与物体速度变化的关系”教材中所编排的如图所示的实验教材中所编排的如图所示的实验,尽管实验目的明确尽管实验目的明确,构思巧妙构思巧妙,取材简单取材简单,实验简陋实验简陋,也很容易激发学生的学习兴趣也很容易激发学生的学习兴趣.但在实验中要想较为准确地达到但在实验中要想较为准确地达到“探究功与物体速探究功与物体速度变化的关系度变化的关系”的目的是比较困难的的目的是比较困难的.如图所示的实验器材有如图所示的实验器材有:小车小车(前端带小钩前端带小钩,选选择有轮缘的轮子择有轮缘的轮子);100 g200

9、 g的砝码的砝码;用铝合金轨道制成的斜轨道用铝合金轨道制成的斜轨道(并在斜轨道一并在斜轨道一端的两侧适当位置对称地固定两个用于固定橡皮筋的铁夹子端的两侧适当位置对称地固定两个用于固定橡皮筋的铁夹子);电火花计时器及纸电火花计时器及纸带带;6根等长根等长 长度约为长度约为62 cm的同规格的同规格 两端分别系有两个小钩的橡皮筋两端分别系有两个小钩的橡皮筋.第13页，本讲稿共39页第14页，本讲稿共39页(1)通过比较两图的实验装置通过比较两图的实验装置,试说出改进教材中所编排实验的主要目的试说出改进教材中所编排实验的主要目的是是_.(2)改进后的装置比教材中的装置的优点有哪些改进后的装置比教材中

10、的装置的优点有哪些(列举列举2-3条条)_要保持小车运动轨迹的直线性要保持小车运动轨迹的直线性能保证小车的轨迹为直线能保证小车的轨迹为直线可以有效避免小车运动过程中压橡皮筋现象可以有效避免小车运动过程中压橡皮筋现象选择电火花计时器可减小阻力的影响选择电火花计时器可减小阻力的影响在小车加上质量为在小车加上质量为100 g200 g的砝码可避免小车运动中发生跳的砝码可避免小车运动中发生跳跃情形跃情形第15页，本讲稿共39页解析解析:教材中所编排的这个实验本身存在着如下明显不足之处教材中所编排的这个实验本身存在着如下明显不足之处:1.小车直接放在木板上运动小车直接放在木板上运动,很难保证小车运动过程

11、中在一条直线很难保证小车运动过程中在一条直线上运动上运动.这样这样,要测小车在橡皮筋做功过程中的末速度要测小车在橡皮筋做功过程中的末速度,实际上实际上是不可能的是不可能的.2.由于小车在木板上运动的轨迹的不稳定性由于小车在木板上运动的轨迹的不稳定性,使得如果一条橡皮使得如果一条橡皮筋对小车做功为筋对小车做功为W时时;则两条橡皮筋对小车做的功未必就是则两条橡皮筋对小车做的功未必就是2W,三三条橡皮筋对小车做功当然也就未必为条橡皮筋对小车做功当然也就未必为3W这样这样,各次实验中橡各次实验中橡皮筋对小车的功就不能用皮筋对小车的功就不能用W的倍数来表达的倍数来表达.第16页，本讲稿共39页3.若实验

12、中小车直接放在木板上运动若实验中小车直接放在木板上运动,会出现小车运动过程中压橡皮会出现小车运动过程中压橡皮筋的现象筋的现象.4.若直接用小车做实验时若直接用小车做实验时,由于小车质量太小由于小车质量太小,当加上多条橡皮筋时当加上多条橡皮筋时,由于小车受力较大由于小车受力较大,小车加速过程中获得的速度也就大小车加速过程中获得的速度也就大,纸带上纸带上能打出的点数过少能打出的点数过少,则在纸带上打点的过程中则在纸带上打点的过程中,就不会出现小车做匀就不会出现小车做匀速运动的情况速运动的情况,因而也就无法测出与橡皮筋做功过程相对应的小车因而也就无法测出与橡皮筋做功过程相对应的小车的末速度的末速度.

13、第17页，本讲稿共39页5.若直接用小车做实验时若直接用小车做实验时,由于实验中很难调整橡皮筋形成的平面由于实验中很难调整橡皮筋形成的平面与木板平面平行与木板平面平行,实验时会出现小车运动中发生跳跃运动的情实验时会出现小车运动中发生跳跃运动的情形形.改进教材中所编排实验的主要目的就是要保持小车运动轨迹的改进教材中所编排实验的主要目的就是要保持小车运动轨迹的直线性直线性,为此为此,我们采用以下几项措施我们采用以下几项措施:1.使小车在轨道上运动使小车在轨道上运动.研究牛顿第二定律实验中研究牛顿第二定律实验中,所用的铝合金轨道就所用的铝合金轨道就是最佳的选择是最佳的选择.这样的装置这样的装置,也可

14、以有效地避免出现小车运动过程也可以有效地避免出现小车运动过程中压橡皮筋的现象中压橡皮筋的现象.第18页，本讲稿共39页2.为了使小车在铝合金轨道上的运动基本上是稳定的直线运动为了使小车在铝合金轨道上的运动基本上是稳定的直线运动,还需要还需要有个双保险有个双保险,那就是所选用的小车的轮子应该是有轮缘的轮子那就是所选用的小车的轮子应该是有轮缘的轮子,就像火车轮子那样就像火车轮子那样.3.为了减小阻力的影响为了减小阻力的影响,除平衡摩擦力外除平衡摩擦力外,还应选择电火花计时器还应选择电火花计时器.4.为了使加上多条橡皮筋时为了使加上多条橡皮筋时,纸带上能打出足够的点数纸带上能打出足够的点数,也为了避

15、免也为了避免出现小车运动中发生跳跃运动的情形出现小车运动中发生跳跃运动的情形,应在小车的前端加上质量应在小车的前端加上质量为为100 g200 g的砝码的砝码.第19页，本讲稿共39页二二 实验综合考查实验综合考查典例剖析典例剖析 例例2某探究学习小组的同学欲验证某探究学习小组的同学欲验证“动能定理动能定理”,他们在实验室组他们在实验室组装了一套如图所示的装置装了一套如图所示的装置,另外他们还找到打点计时器所用的学另外他们还找到打点计时器所用的学生电源一台生电源一台 导线导线 复写纸复写纸 纸带纸带 滑块滑块 小沙桶小沙桶 细沙若干细沙若干.当滑块连当滑块连接上纸带接上纸带,用细线通过滑轮挂上

16、空的小沙桶时用细线通过滑轮挂上空的小沙桶时,释放小沙桶释放小沙桶,滑块滑块处于静止状态处于静止状态.第20页，本讲稿共39页(1)本实验还需要的实验器材有本实验还需要的实验器材有_.答案答案:(1)称量滑块称量滑块 沙和沙桶的质量所用的天平沙和沙桶的质量所用的天平;测量所打纸带上的点间测量所打纸带上的点间的距离所用的刻度尺的距离所用的刻度尺.(2)实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等实验时为了保证滑块受到的合力与沙和沙桶的总重力大小基本相等,沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是沙和沙桶的总质量应满足的实验条件是_,实验时首先要做实验时首先要做的步骤是的步骤是_.(2)沙和沙

17、桶的总质量远小于滑块的质量沙和沙桶的总质量远小于滑块的质量;平衡摩擦力平衡摩擦力.第21页，本讲稿共39页(3)在在(2)的基础上的基础上,某同学用天平称出滑块的质量某同学用天平称出滑块的质量M.往沙桶中装入适量往沙桶中装入适量的细沙的细沙,用天平称出此时沙的沙桶的总质量用天平称出此时沙的沙桶的总质量m.让沙桶带动滑块加速运让沙桶带动滑块加速运动动,用打点计时器记录其运动情况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在打点计时器打出的纸带上取两点,测测出这两点的间距出这两点的间距L和这两点的速度大小和这两点的速度大小v1与与v2(v1v2).则对滑块则对滑块,本实本实验最终要验

18、证的数学表达式为验最终要验证的数学表达式为_(用题中的字母表用题中的字母表示示).第22页，本讲稿共39页(4)如果实验时所用滑块质量为如果实验时所用滑块质量为M,沙和沙桶的总质量为沙和沙桶的总质量为m,让沙桶带动让沙桶带动滑块在水平气垫导轨上加速运动滑块在水平气垫导轨上加速运动,用打点计时器记录其运动情况用打点计时器记录其运动情况,在打点在打点计时器打出的纸带上取两点计时器打出的纸带上取两点,测出这两点的间距测出这两点的间距L和这两点的速度大和这两点的速度大小小v1与与v2(v1v2).要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒要探究滑块与沙及沙桶组成的系统机械能是否守恒,则最终需验证的数

19、学表达式为则最终需验证的数学表达式为_(用题中的用题中的字母表示字母表示).第23页，本讲稿共39页第三关第三关:训练关训练关 笑对高考笑对高考随随 堂堂 训训 练练1.如图所示如图所示,在在“探究功与物体速度变化的关系探究功与物体速度变化的关系”的实验中的实验中,关于橡皮关于橡皮筋做的功筋做的功,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()第24页，本讲稿共39页A.橡皮筋做的功可以直接测量橡皮筋做的功可以直接测量B.通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍通过增加橡皮筋的条数可以使橡皮筋对小车做的功成整数倍增加增加C.橡皮筋在小车运动的全程中始终做功橡皮筋在小车运动的全程中始终做功

20、D.把橡皮筋拉伸为原来的两倍把橡皮筋拉伸为原来的两倍,橡皮筋做功也增加为原来的两倍橡皮筋做功也增加为原来的两倍答案答案:B第25页，本讲稿共39页解析解析:橡皮筋的功等于橡皮筋所释放的弹性势能橡皮筋的功等于橡皮筋所释放的弹性势能,但无法直接测量但无法直接测量,橡皮筋的条数成倍增加橡皮筋的条数成倍增加,弹性势能也会成倍增加弹性势能也会成倍增加,即做功成倍增加即做功成倍增加,但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功但橡皮筋只是在释放弹性势能的一段时间内才做功,故故A C错错,B对对.橡橡皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比皮筋的弹性势能与形变量的平方成正比,当拉伸为原来的两倍时当拉伸为原来的两倍

21、时,功变为原来的功变为原来的4倍倍,故故D错错.第26页，本讲稿共39页2.关于探究功与物体速度变化的关系的实验中关于探究功与物体速度变化的关系的实验中,下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A.每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值每次实验必须设法算出橡皮筋对小车做功的具体数值B.每次实验中每次实验中,橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致橡皮筋拉伸的长度没有必要保持一致C.放小车的长木板应该尽量使其水平放小车的长木板应该尽量使其水平D.先接通电源先接通电源,再让小车在橡皮筋的作用下弹出再让小车在橡皮筋的作用下弹出答案答案:D第27页，本讲稿共39页解析解析:本实验没有必要测出橡皮筋做的功到

22、底是多少本实验没有必要测出橡皮筋做的功到底是多少焦耳焦耳,只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次只要测出以后各次实验时橡皮筋做的功是第一次实验时的多少倍就已经足够了实验时的多少倍就已经足够了,A错错;每次实验橡皮筋伸每次实验橡皮筋伸长的长度必须保持一致长的长度必须保持一致,只有这样才能保证以后各次实只有这样才能保证以后各次实验时验时,橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍橡皮筋做的功是第一次实验时的整数倍,B错错;小车小车运动中会受到阻力运动中会受到阻力,只有使木板倾斜到一定程度只有使木板倾斜到一定程度,才能才能减小误差减小误差,C错错;实验时实验时,应该先接通电源应该先接通电源,让打点计时器

23、开始让打点计时器开始工作工作,然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出然后再让小车在橡皮筋的作用下弹出,D正确正确.第28页，本讲稿共39页3.在在“探究动能定理探究动能定理”的实验中的实验中,某同学是用下面的方法和器材进某同学是用下面的方法和器材进行实验的行实验的:放在长木板上的小车放在长木板上的小车,由静止开始在几条完全相同的由静止开始在几条完全相同的橡皮筋的作用下沿木板运动橡皮筋的作用下沿木板运动,小车拉动固定在它上面的纸带小车拉动固定在它上面的纸带,纸带纸带穿过打点计时器穿过打点计时器,关于这一实验关于这一实验,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()第29页，本讲稿共39页A.长木板要适当倾

24、斜长木板要适当倾斜,以平衡小车运动中受到的阻力以平衡小车运动中受到的阻力B.重复实验时重复实验时,虽然用到橡皮筋的条数不同虽然用到橡皮筋的条数不同,但每次应使橡皮筋拉伸的但每次应使橡皮筋拉伸的长度相同长度相同C.利用纸带上的点计算小车的速度时利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最密集的部应选用纸带上打点最密集的部分进行计算分进行计算D.利用纸带上的点计算小车的速度时利用纸带上的点计算小车的速度时,应选用纸带上打点最稀疏的部应选用纸带上打点最稀疏的部分进行计算分进行计算答案答案:ABD第30页，本讲稿共39页4.在在“探究恒力做功与动能改变的关系探究恒力做功与动能改变的关系”实验中实

25、验中,某实验小某实验小组采用如图甲所示的装置组采用如图甲所示的装置.实验步骤如下实验步骤如下:第31页，本讲稿共39页把纸带的一端固定在小车的后面把纸带的一端固定在小车的后面,另一端穿过打点计时器另一端穿过打点计时器改变木板的倾角改变木板的倾角,以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩以重力的一个分力平衡小车及纸带受到的摩擦力擦力用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连用细线将木板上的小车通过一个定滑轮与悬吊的砂桶相连接通电源接通电源,放开小车放开小车,让小车拖着纸带运动让小车拖着纸带运动,打点计时器就在纸带上打点计时器就在纸带上打下一系列的点打下一系列的点,测出测出x x1 x2(如

26、图乙所示如图乙所示),查得打点周期为查得打点周期为T.第32页，本讲稿共39页判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据判断重力的一个分力是否已与小车及纸带受到的摩擦力平衡的直接证据是是_;本实验还需直接测量的物理量是本实验还需直接测量的物理量是:_.(并用相应的符号表示并用相应的符号表示)探究结果的表达式是探究结果的表达式是_.(用相应的符合表示用相应的符合表示)第33页，本讲稿共39页5.物体沿斜面下滑时动能可能发生变化物体沿斜面下滑时动能可能发生变化.某实验小组为了探究滑块由某实验小组为了探究滑块由静止开始沿斜面匀加速下滑过程中动能变化与哪些因素有关静止开始沿斜面匀加

27、速下滑过程中动能变化与哪些因素有关,利用如利用如图所示的斜面和滑块图所示的斜面和滑块A做实验做实验,进行了相应的探究进行了相应的探究.(1)请说出实验中可能影响滑块请说出实验中可能影响滑块A动能变化的两个实验条件动能变化的两个实验条件;(2)请设计一实验方案请设计一实验方案,能直观地反映滑块能直观地反映滑块A滑至斜面底端滑至斜面底端N处动能大处动能大小的不同小的不同;第34页，本讲稿共39页例如例如,方案甲方案甲:在斜面底端在斜面底端N处水平放置一平板处水平放置一平板,使连接处足够平滑使连接处足够平滑,然然后在后在N处放另一质量较小的滑块处放另一质量较小的滑块B,滑块滑块A滑至滑至N处的动能越

28、大处的动能越大,则则滑块滑块B被碰后在平面上滑行得越远被碰后在平面上滑行得越远.第35页，本讲稿共39页你设计的方案乙你设计的方案乙:_.(3)该实验小组利用上述该实验小组利用上述“方案甲方案甲”进行实验进行实验,并用速度传感器和并用速度传感器和刻度尺分别测得滑块刻度尺分别测得滑块B在在N处被碰后的初速度处被碰后的初速度vN的大小与滑行距离的大小与滑行距离s在对应关系的四组数据在对应关系的四组数据,见下表见下表.请在下图中用图象法求出滑块请在下图中用图象法求出滑块B与水与水平面之间的动摩擦因数平面之间的动摩擦因数.第36页，本讲稿共39页B滑行距离滑行距离s/mB在在N点速度点速度vN/ms1

29、0.180.610.320.800.501.010.711.20第37页，本讲稿共39页解析解析:(1)写出影响滑块写出影响滑块A在下滑过程中动能变化的两个条件在下滑过程中动能变化的两个条件.例如例如,斜斜面的粗糙程度面的粗糙程度(或摩擦因数或摩擦因数;或摩擦力或摩擦力);斜面的倾角大小斜面的倾角大小(或高度或高度).(2)观察滑块观察滑块A在与斜面平滑连接的水平面上滑行位移越大在与斜面平滑连接的水平面上滑行位移越大,动能越动能越大大.或滑块或滑块A平抛落地水平位移大平抛落地水平位移大,动能越大动能越大.或沿平滑连接的斜面或沿平滑连接的斜面 弧形面上滑高度越高弧形面上滑高度越高,说明动能越大说明动能越大.或观察滑块或观察滑块A从斜面上不同从斜面上不同位置滑到位置滑到N位置时位置时,与会发生明显形变的障碍物与会发生明显形变的障碍物(如海绵如海绵 沙子沙子 弹弹簧簧 橡皮泥橡皮泥 弹性网等弹性网等)作用作用,通过观察通过观察,它们的形变越大它们的形变越大,动能越大动能越大.第38页，本讲稿共39页第39页，本讲稿共39页